科學家實現精子性別選擇,是福還是禍?
2019年10月22日10:00
(圖源:Houston Fertility Center)
(圖源:Houston Fertility Center)

來源:科學媒介中心 牟慶璿 編譯

  在我國很多地方,還存在著“重男輕女”的現象,尤其是老人,總想著抱孫子延續香火。根據國家統計局發佈的消息來看,2018年我國大陸男性人口比女性人口多3164萬人次。雖然我國近年來男女比例差值有所下降,但相對於全球絕大部分國家來說,中國的男女性別比例數值還是稍微偏高的,這會給正常婚配帶來很大沖擊,進而影響生活品質和社會的穩定。為什麼在社會中存在如此大的性別數量差異呢?

(圖源:the glitters online)
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  有性生殖中,雄性一方會提供帶有兩種性染色體的精子——X染色體和Y染色體,這兩種染色體會平均地分配到精子中,X染色體意味著生女兒,Y染色體意味著生兒子。理論上,後代的雌雄比維持在1:1。然而,由於出生前和發育階段的環境適應因素,許多物種在實際繁衍中都偏離了這一性別比例。那麼是否有方法能夠選擇精子的染色體呢?日本廣島大學島田昌之教授團隊通過改變攜帶不同染色體的精子的移動速度,實現了精子性別的篩選。

  X/Y精子的分離方法

  X染色體和Y染色體的長度不同,它們編碼的基因數不一樣,Y染色體編碼的基因數量不超過700個,而X染色體則負責編碼超過3000個基因。

  除此之外,南非斯坦陵布殊大學的研究者發現X精子與Y精子的移動性和生理特性並不完全一樣。改變溶液的酸堿性就能實現X精子和Y精子的分離,原因就在於Y精子對外界環境更加敏感。在酸性環境,溫度升高和氧化壓力升高會導致Y精子的移動性迅速下降。相反地,堿性環境下X精子的移動性會大減價扣。

(圖源:atv.pe)
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  2011年,島田昌之教授發現精子會特異表達Tol樣受體蛋白,該蛋白能夠與特定配體相結合。在他的最新研究中,他選擇了只在X染色體上表達的500多個基因,進而挑選出了18個編碼Tol樣受體蛋白的基因,這樣可以通過外界添加的化合物來區分X和Y精子。研究人員最終確定了針對TLR7和TLR8的配體(R848和R837),把它們加入了含有小鼠精子的溶液中。一般情況下,精子會向溶液上層移動,但是添加兩種配體後,上層的精子數量開始顯著減少。經過計算機分析,這些還留在上層的精子大部分都含有Y染色體,而X精子則從上層溶液中大面積地消失了。這樣實現了X和Y 精子的分離。但是,這樣處理後的精子還具備生殖能力嗎?研究人員分別收集了上層和下層溶液的小鼠精子進行人工授精。與對照組未處理的精子相比,這兩批實驗組的精子在受精卵和胚胎形成過程中都沒有差異。在新生小鼠中,上層溶液中的精子後代90%為雄性,下層溶液精子後代81%為雌性。根據文獻報導,使用這種新的方法,只要1小時就可以將X精子的移動性降到最低,新方法不僅成本低,而且對精子的生殖能力沒有影響。

(圖源:pixabay)
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  自然界的性別選擇

  在2013年,斯坦福大學約瑟夫·加納(Joseph P。 Garner)教授領導的研究團隊分析了聖地亞哥動物園678種哺乳動物近90年的繁育記錄,包括靈長類、食肉類動物如熊和獅子、食草類動物如牛和鹿,最終確定研究中的哺乳動物都擁有這種性別選擇的行為。

(圖片:gpcsoft.com)
(圖片:gpcsoft.com)

  這項研究指出,性別選擇的行為可以給哺乳動物帶來更多的後代。對雌獅而言,更多的雌性後代意味著更多的捕獵夥伴,而雄性後代在幼年面臨著更大的生命危險。因此,雄性提供精子以外,雌性能夠控製後代的性別。雖然對動物如何選擇X/Y精子的機製還不甚瞭解,研究人員推測人類也會通過外界的環境因素獲得這種能力,來改變性別比例。對於人類來講,人工自行選擇胎兒性別是有違倫理道德和法律的。但是對於像血友病、乳腺癌等性別選擇遺傳疾病,通過正規的醫學手段提前篩選精子,是降低疾病風險的重要手段。那麼這項關於精子性別的新研究是否能夠解決這個問題呢?

  性別選擇與生物倫理紅線

  在奶牛場,母奶牛的價值遠遠高於公奶牛,因為牛奶只由母奶牛生產;而在牛肉生產中,公牛犢的價值高於母牛犢,所以,能夠選擇性別有重要意義。但是,英國肯特大學彼得·埃利斯博士表示:“在家畜身上實現常規性別傾斜將是一大福音,而人類中的性別傾斜將是一個道德雷區,有可能造成不可預測和破壞性的社會後果。”英國生育學會前主席艾倫·佩西說:“精子是比我們此前所知的複雜得多的細胞,我們還有很多東西要瞭解。”

  島田昌之教授認為“這些性染色體差異性表達的基因可以讓我們更好地分離兩類精子,這對於動物和家畜的種群選擇繁衍很有意義。”他也表示對於新結果應用到人精子的性別選擇上,還有很多關於倫理的問題需要解決。

  不同物種之間,精子上的受體可能會存在差異,在應用於人類之前,還需考慮倫理和安全問題。越是高等生物,身體越是複雜脆弱,強加的生殖手段越不容易實施,靈長類尤其如此。

  新的研究應該旨在推動生命科學的進步,而非只是吸引眼球的噱頭。所以把重心放到其他生物身上,或許會給人類帶來更大的貢獻。

  參考資料:

https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0067867

https://journals.plos.org/plosbiology/article?id=10.1371/journal.pbio.3000398

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