環境溫度決定烏龜性別 科學家發現關鍵基因

by:時時
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有些爬蟲類的性別和孵化前的環境溫度有關,高溫時會孵化出較多的雌寶寶。受到全球暖化的影響,如果這些物種的男女比例因此失衡,就會造成更大的危機。

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圖為一隻趴在沙灘上閉目養神的海龜。前陣子有研究人員發現,因為全球暖化的關係,在澳洲大堡礁附近大多數都是雌綠蠵龜。

Photo: Bernard Spragg. NZ

環境溫度決定性別

早在 50年前,科學家們就已經知道有些爬蟲類的性別不是由性傳染色體決定,而是取決於環境溫度──當溫度較高的時候,就會孵化出較多的雌性幼體,當溫度較低的時候,則有較多的雄性幼體。

高溫雌寶寶  低溫雄寶寶

以常見的寵物龜──巴西龜(學名:Trachemys scripta elegans)來說,攝氏 32度時會孵化出雌烏龜寶寶,但當溫度降到攝氏 26度的時候,孵化出來的就會是雄烏龜寶寶。

環境溫度太高不好

近年來因為全球暖化的關係,有研究人員發現在澳洲大堡礁(Great Barrier Reef)附近的綠蠵龜大多數都是雌性。長期下來,這可能會導致整個綠蠵龜社群因為女生太多男生太少,而瀕臨滅絕。

另一方面,在烏龜寶寶孵化前,如果環境溫度一直都很高,這也會提升烏龜寶寶的死亡率。

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圖為上個月 6號,在埃里奧特夫人島(Lady Elliot Island)上,英國查爾斯王子(Prince Charles)小心拿著剛剛出生的綠蠵龜寶寶。

路透社

找到關鍵基因

雖然科學家們很早之前就知道環境溫度會影響到某些爬蟲類的性別,但一直以來都沒有人能夠找出這到底是怎麼辦到的。最近,一份刊載在《科學》的論文指出,他們發現決定巴西龜性別的關鍵因素,就是編號Kdm6b的基因。

Kdm6b就像開關一樣

研究團隊指出,當環境溫度較低的時候,尚未孵化的烏龜寶寶(胚胎)的性腺或性器官會形成Kdm6b這組關鍵基因,這組基因就像是開關一樣,它會激發烏龜寶寶身上的其他基因,使得烏龜寶寶的雄性器官能夠成長茁壯。

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圖為一隻巴西龜。巴西龜的特色是眼睛旁邊有一條紅色的線,故又名紅耳龜或紅耳彩龜(red-eared slider turtle)。

Photo: Greg Peterson

要先找到控制基因的方法

然而,想要確定Kdm6b就是決定巴西龜性別的關鍵因素,就必須證明在相同溫度下,有Kdm6b基因的巴西龜卵會孵出雄巴西龜寶寶,而沒有Kdm6b基因的卵會孵出雌巴西龜寶寶。

研究團隊中國浙江萬里學院的葛楚天教授找到了一種可以抑制Kdm6b基因作用的RNA片段──在巴西龜寶寶還沒有孵化前,只要透過人工方式注入這段RNA,就能抑制巴西龜寶寶長出雄性器官。

八成的巴西龜變成雌龜

研究結果發現,理論上在攝氏 26度都應該孵化出雄巴西龜寶寶,但只要注入這段RNA,就有超過 80%的胚胎會孵化成雌巴西龜寶寶。

研究團隊的美國杜克大學(Duke University)的卡佩爾(Blanche Capel)教授表示,他們進行了兩次獨立實驗,分別有 80%和 87%的巴西龜卵孵化出雌龜。他說:「在這個溫度下所有的(烏龜卵)都應該孵化出雄龜。」

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圖為 2017年9月,在德國杜伊斯堡(Duisburg),藝術家建了一座世界最高沙堡,總共有 16.68公尺高,沙堡上刻著剛孵化的烏龜寶寶。

路透社

現實上還會受到濕度影響

佛羅里達大西洋大學(Florida Atlantic University)的西福恩特斯-羅梅羅(Itzel Sifuentes-Romero)教授認為,這項研究雖然是一個令人興奮的發現,但這項研究只在實驗室裡,除了Kdm6b基因以外,所有的條件都一樣。她指出,在現實中野生的烏龜在孵化時會同時受到溫度和濕度的影響。

這是半世紀前的做法

愛荷華州立大學(Iowa State University)的巴倫蘇埃拉(Nicole Valenzuela)博士也認為,這項研究將性別完全取決於溫度差異的作法,是科學家們還沒發現爬蟲類的性別和環境溫度有關的半世紀前才會採用的做法。

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圖為一隻在英國愛丁堡的鬃獅蜥。除了巴西龜之外,其他爬蟲類身上也有Kdm6b這組基因。

Photo: Hamish Irvine

其他物種也有這組基因

研究團隊認為,除了這次研究使用的巴西龜外,溫度也會影響其他物種體內的Kdm6b基因活性,這次的研究應該可以推廣到更多物種身上。

澳洲國家野生採集機構(Australian National Wildlife Collection)的遺傳學家荷樂莉(Clare Holleley)表示,她在 2017年的研究當中曾發現Kdm6b這組基因,會影響鬃獅蜥(bearded dragon)的性別。

有多種決定性別的可能方式

荷樂莉強調,Jumonji系列基因和Kdm6b基因相近,它們也會對爬蟲類和哺乳類的發育有所影響。

她說:「爬蟲類存在著多種可能決定性別的方式」、「Jumonji系列基因對於每一種不同的爬蟲類都可能會有不同的效果。」

接下來要找感應溫度的方式

研究團隊表示,雖然低溫的環境下有助於提高Kdm6b基因的活性,但是Kdm6b基因並不會感應到溫度變化,所以他們下一步打算找出烏龜卵中的胚胎是如何感應到溫度的。


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參考資料:
01 Temperature-controlled turtle sex gene found
02 Scientists Identify How Nest Temperature Determines Sex Of Turtle Hatchlings
03 There’s a genetic explanation for why warmer nests turn turtles female
04 Why Baby Turtles Turn out Male When the Heat Is Turned Down