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果蝇的祖先天生双性恋?

撰文/陈振夏  发表于 2019年04月02日

由华人导演李安执导的同性恋题材电影《断背山》一经推出便横扫各大电影奖项,影片不仅在艺术上非常成功,对一对同性牛仔情感的细腻描写也引起巨大的社会反响。而在此前,同性恋由于伦理等诸多方面的原因一直被挤压在边缘地带,并常常引发巨大的争议。

长久以来,同性恋一直备受谴责。反对者的逻辑是,同性恋不能生儿育女,因而根本上是一种反常行为。

那么,同性恋果真是反常的吗?这需要科学上的有力证据。

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斯芬克斯:果蝇的同性恋基因

在科学界,基因决定了果蝇同性恋倾向的故事早已为大家所熟知。

美国科学家发现,如果双胞胎中的一个是同性恋,那么他的同卵双生兄弟比异卵双生兄弟更有可能是同性恋。这一证据表明同性恋倾向很可能是由基因决定的。但要进一步证实这一结果,需要更大的可控研究对象群体,并找到那些决定性取向的基因。为此,科学家们又将目光投向了黑腹果蝇(Drosophila melanogaster)。

果蝇这种喜好腐烂水果及发酵果汁的红眼小家伙是动物界的实验室明星,在针对求偶行为的研究上,果蝇更具有独特的优势——雄果蝇懂得浪漫,具有精妙的求爱仪式。当雄果蝇遇见了心仪的对象,便会主动出击,追上前去,用前腿轻拍对方,接着扇动一只翅膀,唱起“爱的主打歌”,吸引“对面的女孩看过来”。如果通过了初步考验,发生第一次亲密接触,并在接受进一步考验后进行真正的交尾。科学家们甚至早已证明,这样一套浪漫的求爱仪式是雄果蝇与生俱来的本领,并“固化”在它们的神经乃至基因中——斯芬克斯基因便是一个明证。这个在黑腹果蝇中特有的新基因,参与了雄果蝇的求爱行动。

根据古希腊神话,“斯芬克斯”是一种具有人头、狮身、天使翅膀的怪物。传说天后赫拉派斯芬克斯坐在忒拜城附近的悬崖上,拦住过往的路人,用缪斯所传授的谜语问他们,猜不中者就会被斯芬克斯吃掉。

“斯芬克斯”基因最初是芝加哥大学龙漫远实验室的王文等人于2002年发现的,其命名也源于这个传说。“斯芬克斯”是由三物嵌合而成的怪物,而“斯芬克斯基因”则是由预先存在于基因组中的两个基因嵌合而成的神秘新基因。它只存在于黑腹果蝇中,是由2号染色体上的一个基因经过反转录插入到4号染色体的另一个基因中所形成,其产生时间距今不超过200万年(生命的进化常以百万年为基本的年龄单位——也就是一岁。很多基因的年龄在10003000岁之间)。

 

新基因抑制同性恋倾向

斯芬克斯基因令人惊奇的地方很多,首先,这个基因居然位于4号染色体上。在20世纪30年代以来的70多年里,人们一直认为果蝇的4号染色体是不进行重组的——它几乎是遗传学上的一个“黑洞”。根据常理,在一条不发生重组的染色体上,突变很少出现。一条染色体上所有的基因就如同拴在一条绳上的蚂蚱,它们一荣俱荣,一损俱损。而重组则剪开了它们之间的绳子,让它们能够更加自由地演化,而不受邻居们的干扰。自然情况下,大部分突变对生物体是有害的,自然选择无时无刻不在对它们进行着无情的筛选。如果不进行重组,即使一条染色体上发生了有利的突变,这个突变也会由于邻居们有害突变的拖累而来不及逃脱自然选择的筛选。

同时,研究还表明,斯芬克斯基因在不同性别、不同发育阶段的果蝇中会产生不同的RNA,并且其形成过程受到明显的正选择的驱动——正选择即生物体更倾向于保留那些有利于自己生存的性状,并把它们在基因中固定下来,这是自然选择的作用形式之一。这些事实都表明这个基因是有功能的。但进一步研究发现,这个基因极可能并不编码蛋白质,只能产生RNA。斯芬克斯基因,这个世界上首次发现的年轻RNA基因究竟有怎样的功能呢?这是围绕这个基因的另一个谜题。

研究一个基因功能的最直接的办法就是观察生物体在去除这个基因之后所表现出来的变化。科学家们在历经一番辛苦之后,终于培育出了缺失斯芬克斯基因的果蝇。然而,令研究者失望的是,这些果蝇在形态、行为上与正常个体相比似乎并没有太大变化。

难道之前的推测错了,这个基因其实没什么重要的功能?正在疑虑重重之际,一个奇怪的现象发生了——当把这些缺失斯芬克斯基因的雄性黑腹果蝇放在一起时,这些雄性果蝇首尾相连,围成一大圈或排成一个长长的队伍,蜿蜒移动着——这些原本的情场高手们似乎失去了辨别雌雄的能力,变成了双性恋,对同性也展开疯狂的求爱行动,方式跟一般的雄果蝇的那一套完全一样——只除了最后不能来真的。

就这样,正如俄狄浦斯解出了“斯芬克斯之谜”一样,经过6年的努力后,科学家们终于接近“斯芬克斯基因之谜”。他们得出结论:“斯芬克斯”是抑制黑腹果蝇同性性取向的一种基因,一旦缺失,雄蝇将会发展出双性恋。

 

原始果蝇们很可能是同性恋者

新基因“斯芬克斯”抑制了果蝇的同性恋倾向,这同时又引出了另一个谜题:斯芬克斯基因是一个只存在于黑腹果蝇的新基因,那么在这个基因诞生之前出生的原始果蝇们是否是双性恋呢?如果不是,那么斯芬克斯基因可能是取代了在原始果蝇中具有类似功能的基因;如果是,那么异性恋才是原始果蝇的“反常”行为,而斯芬克斯基因的诞生抑制了同性恋的发生。

黑腹果蝇的近亲们缺少斯芬克斯基因,它们的行为表现可以在一定程度上反映斯芬克斯诞生前的原始果蝇们的状态。通过对黑腹果蝇和它的近亲们的行为比较,研究者们发现它的近亲们表现出高得多的同性恋倾向,这表明原始果蝇们很可能是双性恋者。

那么,为什么同性恋在经历了这么久远的自然选择之后仍然能被保留下来?既然同性恋者不产生后代,那么,它们的基因是怎样扩散到种群中去的?这些问题目前没有简单的答案,目前主流的两种解释是:

1、超显性

既含同性恋基因又含非同性恋基因的杂合子具有高于只有同性恋基因或只有非同性恋基因的纯合子的生殖力。

2、性别对抗

性别对抗理论指的是同一基因在增高雄性/雌性生殖力的同时,降低雌性/雄性的生殖力。即当同性恋基因存在于雄性身上时,生育繁衍的程度被减弱,而当同一种基因存在于雌性身上时,则会增强生育繁衍的可能性。所以同性恋基因在一部分雄性个体中削弱的繁衍后代能力在另一部分雌性个体中得到自然的弥补。

如果这些推测成立,那么,从科学上来讲,同性恋居然是件自然的事,如同那句老话:“龙生九子,子子不同。”

 

 

(本文发表于《科学世界》2010年第3期)


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