性别是如何决定的？初中生物课上，大家都学过，人类性别由XY型性染色体决定，女性是XX，男性是XY。然而在动物界，情况就更加复杂，有些鳄鱼是根据孵化时的温度来决定性别；鸟类则是与人类相反，雄鸟是ZZ染色体组合，ZW反成了雌鸟。生命演化过程中，为何会诞生截然不同的性别决定方式？最近，中国科学家提出了性染色体的“四阶段”演化假说，该成果已发表在著名学术期刊《科学》上。
500万年气候剧变期，推动“性染色体诞生潮”
浙江大学生命演化研究中心张国捷团队和中国科学院昆明动物研究所施鹏团队联合展开研究，科学家将目光聚焦于壁虎身上。壁虎是一个非常适合研究性染色体演化的动物类群。它们既存在温度依赖型性别决定系统的物种，也存在XY型和ZW型两种遗传决定系统的物种。这为研究关于驱动性染色体演化的动因提供了很好的材料。
研究团队选择了22种壁虎物种进行研究，其中20个物种有明确的性别决定方式：3种温度依赖型、6种XY型、11种ZW型。
研究回溯了壁虎的演化历程，推测出壁虎的祖先是在大约1.91亿年前，与其他所有蛇类及蜥蜴分离，走上了不同的演化道路。白垩纪大灭绝事件前后，壁虎家族经历了一轮快速的辐射演化。研究重建了壁虎的最近共同祖先的38条染色体，却发现其祖先没有性染色体，很可能依赖温度决定性别。
研究证实，壁虎的性染色体发生了多次独立起源。20个基因型决定物种的性染色体分别源自17种不同的祖先染色体。即便来源于相同祖先染色体，在不同类群中形成性染色体，其性别分化区域也各不相同，说明性染色体在不同物种类群中被反复“重新发明”。序列分析证实，这些性染色体的年龄长短不一——最古老的可达5445万年，最年轻的仅590万年。
值得注意的是，不少物种的性染色体集中起源于距今1200万至700万年前的时间段。这一时间窗口恰好与地球历史上一段重要的气候变化时期重合。此时，全球经历了显著降温、干旱化和栖息地破碎化，对全球生态系统产生了深远影响。研究团队猜测，降温对于依赖气温决定性别的动物来说，是一场灾难：连续寒冷可能让新出生的一批壁虎都是单一性别，这显然不利于种群繁衍。反过来说，这场灾难可能也是一股推动力，让动物从温度依赖型性别决定向基因型性别决定转变，为性染色体的诞生提供了一个重要的演化窗口。
我国科学家提出性染色体“四阶段”演化假说
以上发现，只能解释壁虎为何会诞生性染色体，却无法解释XY系统与ZW系统的选择过程。进一步研究发现，性染色体演化方向与基因组特征的关联。假如祖先染色体拥有较多睾丸偏好性表达基因，更容易向Z染色体演化，最终形成ZW系统；反之则倾向形成XY系统。这一规律不仅存在于壁虎，在包括爬行动物、哺乳动物和鸟类在内的羊膜动物中普遍成立。
至此，团队提出了性别决定系统演化的“四阶段”模型：
第一阶段，环境驱动。剧烈的气候变化使依赖温度的性别决定面临风险，基因型性别决定因更具稳定性而获得优势，推动系统从“看天”转向“看基因”。
第二阶段，倾向性演化。某条常染色体被“选中”后，其原有的基因组成已暗含未来方向——偏向睾丸表达基因多的染色体预示ZW路径，反之走向XY路径。
第三阶段，渐进分化。通过重组抑制，性染色体逐步分化，形成X与Y或Z与W的差异。
第四阶段，稳定锁定。Y或W持续退化，剂量补偿机制协同演化，形成牢固的进化约束。此后更换性别决定系统的代价极高，多数物种因此长期维持现有系统。
该模型将气候变化、基因组构成和染色体演化融为一体，描绘了性染色体从诞生到稳定的完整历程。它也提示我们，脊椎动物中丰富多样的性别决定方式，或许并非演化过程中完全偶然的产物，而是在环境压力与基因组特性共同作用下形成的结果。
现代快报/现代+记者 是钟寅
（受访对象供图）