變男變女變變變,小烏龜在殼內的「胎動」可以影響性別?

你或許知道爬蟲類是變溫動物,不同於體溫恆定的哺乳類和鳥類,爬蟲類的身體裡欠缺調解體溫的系統,牠們必須透過體內的代謝、運動產生的熱、來自外界的熱源來調整體溫。溫度對任何動物來說都是十分重要的,影響了體內無數的生化反應,也是維繫生命的重要條件之一。

對某些爬蟲類來說,「溫度」甚至會影響性別。

性別是由甚麼決定的呢?

我們人類是以第 23 對染色體──性染色體來決定性別,這稱為基因決定性系統 (genetic sex determination, GSD),也出現在大部分哺乳類中。另外,也有如蜜蜂、螞蟻等膜翅目 (hymenoptera) 昆蟲,由蜂后未交配即產下的未受精卵,這顆卵僅有單套染色體,稱為單倍體 (haploid) 將來會發育成為雄性,而和其他雄蜂交配後所產下的受精卵則是二倍體 (diploid) 將發育為雌性,這稱為套數性別決定系統 (Haplodiploidy)。

最上方的雌蜂擁有(ABCD)(abcd)兩套染色體,牠產下的單套子代雄蜂(ABcd)和雙套雌蜂(WXYZ)(wxyz)交配後再產下子代。圖/ Wikimedia Commons

而本文的主角,龜類性別則會受到蛋孵化過程中環境的溫度所影響,科學家們將這種模式稱為溫度決定系統 (temperature-dependent sex determination, TSD)。即是蛋生下來之時,胚胎尚未決定性別,而是由孵化過程中的溫度來決定未來會發育成雄性還是雌性。但並非所有在同樣溫度下孵化的胚胎都會是相同性別,在特定的溫度範圍中兩性會同時產生,這範圍內的溫度稱為「過渡溫度範圍」,當溫度偏向某一性別時,該性別比例則會增加。

溫度決定系統常見於硬骨魚和爬蟲類之中。溫度決定系統又可粗略分為兩類,一是隨著溫度升高,特定性別比例也隨著增加,大部分的龜類都屬於越高溫孵化為雌性的機率越高;但也有比較特別的喙頭蜥 (Sphenodon punctatus ),這是一種只生活在紐西蘭的原始爬蟲類,牠們和龜類正好相反,越高溫則會孵出越多雄性。另一種模式則較為複雜,在低溫和高溫時孵化為雌性的比例較高,介於兩極端間的溫度會使雄性的比例增加,美洲短吻鱷就屬於此類。

喙頭蜥是一種原始的爬蟲類,現今只生活在紐西蘭的活化石。圖/Wikimedia commons

氣候暖化會讓未來的小烏龜只有女孩子嗎?

說到這裡,你是否會有些疑問,如今全球暖化日益嚴重,孵化溫度理應越來越高,這會不會使爬蟲類性別比例逐漸失衡,出現性別單一化的現象呢?

多數的龜類性別是由在蛋中時所遭遇的環境溫度決定。但最近的研究顯示,其實還是有一些不願受命運、環境擺布的!過往已知龜類的胚胎可以藉由移動胚胎在蛋裡的位置,進而改變孵化過程中胚胎的溫度。但這樣的差距就足以影響決定性別了嗎?讓我們繼續看下去。

針對淡水烏龜 (Freshwater Turtle) 金龜 (Mauremys reevesii)的研究發現,同顆蛋兩端的差異最高可以達到 4.7°C !要知道這可是非常大的溫差,在一般孵化過程中 2°C 的溫差就足以影響龜類的公母比例了。

金龜 (Mauremys reevesii)是相對常見的淡水龜種類。By Σ64Own work, CC BY 3.0, Link

科學家們做了實驗,想要了解小烏龜胚胎在蛋裡面移動的行為是否會影響最後孵出的性別比例。他們在一半的蛋上做了處理,干擾胚胎感測外界溫度,進而避免胚胎感受到外界溫度而移動的行為。在蛋全數孵化後,經過處理的組別,幾乎全部為相同性別,完全由外界的溫度決定。相反的,未處理的蛋群,胚胎可以在蛋中自由地移動,從這些蛋裡孵出來的小龜們性別比例則接近一半一半。

生命會自己找到出路?

透過移動胚胎來尋找適居溫度 (Goldilocks Zone,暫譯),小烏龜們可以避免全部陷入極端溫度,以安全地孵化,甚至於得以調節到平衡的性別比。這或許解釋了溫度決定性別的爬蟲類,是如何度過歷史上較為極端的天氣,如中生代的氣溫平均比現今高約 10°C。

當然,但胚胎在殼內移動這個行為的效果受到很多限制,更大一部分還是必須取決於蛋所在的環境與胚胎本身。萬一外界溫度實在太高,移動後的溫度還是超出了過渡溫度範圍;又或者胚胎太大顆了或太小,移動後的溫差也很可能不足以影響烏龜的性別。

孵化後的小海龜冒險才剛開始呢。(圖非實驗研究種類)圖/pixabay@Kanenori

不論是全球暖化或者是任何生存上的種種難題,都是生物在演化這條漫漫長路上面對的挑戰。在許多情況下,生物往往用上許多意想不到的方法來解決生存的困難,就像本案例中的小烏龜胚胎移動行為。或許這些奇妙的生物,不論是胚胎或是母體,也還有許多我們尚未發現的辦法來面對環境變化所帶來的影響。

參考資料


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