性别由温度决定的细胞机制

　　杜克大学的一项研究发现，温度升高不仅会导致更多的雌龟蛋孵化，而且这些雌龟也有更高的产卵能力。研究表明，较高的孵化温度增加了胚胎中“生殖细胞”的数量，这些细胞也在决定性别方面发挥作用，这可能为温度依赖的性别决定提供了一个进化原因，并为这些物种在不断变化的气候中提供了新的启示。

　　

最近的一项发现揭示了温度如何以及为什么决定海龟的性别。

杜克大学的研究表明，气候变暖不仅增加了海龟蛋发育成雌性的可能性，而且还提高了雌性海龟在性别确定之前产卵的潜力。这一发现可以解释为什么除了海龟之外的许多物种都表现出依赖温度的性别决定，这是一种看似不稳定的繁殖策略，但仍然存在。此外，这一发现可能预示着在全球变暖背景下令人担忧的未来影响。

6月23日发表在《当代生物学》(Current Biology)杂志上的研究人员发现，胚胎携带的“生殖细胞”——卵前细胞——的数量随着孵化温度的升高而增加。事实上，他们发现这些生殖细胞本身在胚胎变成雌性的过程中发挥了作用。

“温度决定性别不只是一种机制，”通讯作者Blanche Capel说。“高温似乎通过胚胎中的多种细胞类型逐渐影响性别决定。”

Capel实验室的博士后研究员Boris Tezak领导了这个项目，他说，更多的生殖细胞本身似乎推动了雌性化。“产生雌性的温度也是增加生殖细胞数量的温度”。

Capel说，在鱼类中，大量的生殖细胞也控制着雌性的发育。但为了证明更多的生殖细胞会导致雌性海龟，他们从在中等温度下培养的红耳滑龟胚胎中取出了一些生殖细胞，这些胚胎应该产生50%的比例，并且看到的雄性海龟比预期的要多。

几十年前，科学家们就已经了解了温度依赖性性发育，并在生命之树的许多不同部分发现了这一点，显然是因为它以多种方式进化了多次。

“到处都是，”Tezak说。“这似乎是一个非常冒险的策略，尤其是在天气变化和气候变化的背景下，那么为什么这个系统会持续存在呢?”

他们认为这是因为依赖温度的性发育创造了繁殖优势。

Tezak说:“孵出更多生殖细胞的雌性可能更适合繁殖——这增加了雌性携带更多卵子的生殖潜力。我们已经将雌性生殖细胞的增加与生殖细胞数量的增加联系起来，如果这确实使她更适合繁殖，那么这将在很大程度上解释为什么依赖温度的性发育持续存在。”

随着全球气温持续上升，问题变成了:海龟和其他对温度敏感的繁殖动物会发生什么?

Tezak说:“我们将观察温度的进一步升高将如何影响生殖细胞池。它会产生不太适合的雌性吗?”

为了回答这些问题，Tezak仔细培育了从路易斯安那州饲养员那里获得的一窝红耳滑龟卵，这些卵放在装满湿润培养基的塑料盒里，并在实验室恒温保存。一个孵化器在26摄氏度下运行，产生更多的雄性。另一个是31度，这是生育更多雌性的最佳温度。

当他拿出其中一个，用非常明亮的光线检查它们的发育过程时，孵化温度较高的胚胎明显更大，在卵内也更活跃。       

“我们假设存在一个温度‘最佳点’，”Capel说。“在一个短范围内，你可以获得大量的生殖细胞，超过这个范围，你就会开始看到数量下降。”

“我们在33.5度的温度下孵化了一些卵，只比雌性的最佳温度高2.5度，”Tezak说。“它创造了一些非常不稳定的胚胎——有独眼和双头胚胎。我们还没有计算它们的生殖细胞。”

该实验室还准备接收一些鳄鱼卵，以继续进行温度实验。众所周知，短吻鳄在低温下繁殖雌性，在高温下繁殖雄性，与红耳滑龟的模式相反。然而，短吻鳄的低温和海龟的高温是一样的，所以这两个物种都在31摄氏度的温度下产卵。

“有趣的问题是，在这个温度下，我们是否能在两个物种中看到更多的生殖细胞，”Tezak说。

Higher temperatures directly increase germ cell number, promoting feminization of red-eared slider turtles” by B. Tezak, B. Straková, D.J. Fullard, S. Dupont, J. McKey, C. Weber and B. Capel, 23 June 2023, Current Biology.