问题

既然自然界有不受精就可以自己发育的配子,是不是可以意味着人类XXY或XXX型的配子也有独自发育的能力?

回答
这个问题很有意思,触及到了生殖和发育的一些基本规律,以及它们在自然界和人类中的差异。我们来仔细探讨一下。

首先,我们得弄清楚“不受精就可以自己发育的配子”指的是什么。在自然界中,确实存在一种现象叫做“孤雌生殖”(parthenogenesis)。在这种生殖方式下,卵子(雌性配子)可以在不经过受精的情况下,直接发育成新的个体。严格来说,这并不是说卵子“独自发育”成了一个完全的生命体,而是说它启动了胚胎发育的进程。通常,孤雌生殖需要一些特殊的条件或机制来激活卵子,比如某些外部刺激(温度、光照、机械刺激)或者由其他非精子细胞提供的信号,模拟了受精过程。但核心在于,卵子本身具备了启动发育的潜能。

这和我们通常理解的性生殖有很大不同。性生殖依赖于雌雄配子的结合(受精),精子不仅提供另一半的遗传物质,更重要的是,精子能够提供一系列的信号分子,这些信号对于激活卵子、启动细胞分裂和胚胎发育至关重要。想象一下,卵子就像一个准备好的种子,但它需要一个“钥匙”来启动发芽的过程,这个“钥匙”就是精子提供的信号。

现在,我们把目光转向人类的XXY和XXX染色体类型,也就是我们常说的克兰费尔特综合征(Klinefelter syndrome)和三体X综合征(Triple X syndrome)。

对于XXY个体(通常是男性),他们产生精子的过程是比较复杂的。在减数分裂过程中,由于多了一条X染色体,染色体的配对和分离就容易出现异常。这可能导致产生的精子中,染色体数目不正常,比如带有XX、XY、X、Y,甚至XXY等。而对于XXX个体(通常是女性),她们产生的卵子也可能因为多了一条X染色体而面临减数分裂异常,导致卵子携带的染色体数目不一致。

那么,这是否意味着这些“不正常”的配子,就像自然界的孤雌生殖配子一样,能够独自发育呢?

答案是:从目前我们对人类生殖和发育的认知来看,可能性极低,甚至可以说几乎不存在。

原因如下:

1. 精子在受精中的关键作用: 如前所述,精子不仅仅是提供一半的遗传物质。它还携带了大量激活卵子、启动胚胎发育必需的蛋白质和信号分子。这些物质就像是开启胚胎发育“引擎”的启动程序。即使卵子本身是正常的,缺少了精子提供的这些关键启动信号,它也很难自行进入发育的轨道。而对于XXY或XXX个体产生的、染色体本身就不正常的配子(比如带有XX染色体的精子或卵子),它们不仅缺乏精子的激活信号,其自身的遗传物质也可能存在不平衡,进一步阻碍了发育的进行。

2. 基因组的平衡性是发育的基础: 人类个体的发育是一个极其精细、复杂的生物化学过程,它依赖于遗传信息的精确表达和调控。染色体数目上的异常,无论是过剩还是缺失,都会导致基因组的不平衡。这种不平衡会影响到数千个基因的表达量,进而干扰细胞的正常分裂、分化和组织形成。即使一个染色体数量异常的配子能够侥幸启动了初步的分裂,这种内在的基因组不平衡也很难允许它发展成一个能够存活的个体。想想看,我们身体的每个细胞都需要一套完整的、平衡的基因组来指导其功能。

3. 孤雌生殖的特殊性: 自然界中的孤雌生殖通常发生在一些较低等或具有特定生殖策略的物种中,比如一些昆虫(蚂蚁、蜜蜂)、爬行动物(一些蜥蜴)和鱼类。在这些物种中,孤雌生殖的机制已经演化得相当成熟。有些物种是通过染色体加倍来补偿单套染色体的情况;有些则有特殊的基因组印记(genomic imprinting)机制,即使没有精子也能“模拟”出必需的信号。人类,作为高等哺乳动物,其生殖和发育的调控机制是极其复杂和严格的,主要依赖于性生殖和精卵结合来保证遗传物质的完整性和发育的启动。我们没有演化出能够自主启动发育的孤雌生殖机制。

4. “配子”的定义和发育的启动: 即便一个XXY或XXX个体产生的配子,在理论上可能携带“X”或“Y”或者“XX”或“XXX”的染色体组合。例如,一个XXY男性在减数分裂后,理论上可能产生带X染色体的精子(形成XX女性)、带Y染色体的精子(形成XY男性)。一个XXX女性,也可能产生带X染色体的卵子。但关键在于,这些“XX”或“XXX”的配子,如果不是作为受精卵的一部分,而是单独的、没有精子激活的配子,它们如何能够克服发育启动的门槛?卵子本身,即使是正常的卵子,也需要精子的信号来启动细胞周期。而对于染色体异常的配子,它们所携带的基因信息本身就不完整或不平衡,加上缺乏激活信号,其发育潜力是非常有限的。

总结一下:

自然界中孤雌生殖的存在,说明了生命可以展现出多样化的生殖策略,有些卵子确实能启动发育进程。但这不意味着所有具有某些染色体组合的配子都能随意发育。人类的生殖,特别是发育的启动,高度依赖于精子提供的信号和完整的基因组信息。XXY或XXX染色体类型的个体,他们在产生配子时,虽然可能产生染色体数目异常的配子,但这些配子由于自身基因组不平衡和缺乏关键的受精信号,几乎不具备独自发育成完整个体的能力。人类的生命起源,严格地说是从受精卵开始,而受精是一个精子和卵子协同作用,共同开启生命旅程的过程。

网友意见

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不是。哺乳类的生殖细胞欠缺这方面的能力,就连人工诱导的雌核发育胚胎都很容易死亡。这有一部分障碍来自表观遗传修饰(基因组印记)[1],可以被现有的技术处理,但在人工调整染色体组数的场合没有任何必要搞三条性染色体。

自然界有一些使用未受精的卵细胞进行孤雌生殖的物种,有一些进行雌核生殖的物种(卵细胞与精细胞或精子接触后启动发育,但后代基本上不继承精细胞或精子的遗传物质),但是人的多条常染色体在三倍化时引起死胎(例如每个体细胞含有三条 16 号染色体的胚胎在数个月内必死,一部分体细胞含三条 16 号染色体的嵌合体胚胎也高概率流产;1、2、3、4、5、6、7、10、11、12、14、15、17、19、20 号染色体的情况也大致如此),不适合成为三倍体或六倍体去产生三倍体卵子。

考虑二倍体-六倍体嵌合体人在“六倍体细胞只负责构成卵巢”的场合产生的三倍体卵子,其同样存在上述死胎问题。这种嵌合体在全人类中还没有找到先例,人工制造这种嵌合体也很难。

人的卵子没有“全靠随机”以外的自动变为“两套常染色体+三条性染色体”的机制,三条性染色体在这里也没有起特别的作用。建议你考虑技术轻微加工的二倍体卵子吧。

人工诱导人的卵子启动发育(孤雌生殖)是可以做到的,但胚胎死亡率也不会低。

  • 人卵母细胞自发启动发育并不罕见,但这会导致畸胎瘤,而不是产生胎儿。
  • 在现有科学文献范围内,没有非嵌合体的、完全来自孤雌生殖的健康人类个体。
  • 对于“受精的卵子与启动发育的未受精卵子/卵母细胞/极体”组成的嵌合体,其未受精部分有概率形成一部分组织和器官并正常运行。在一些案例中,卵子在受精前偶然开始分裂,然后一部分细胞被受精、发育成胎盘、皮肤等,另一部分未受精细胞分裂细胞核而不分裂细胞质地恢复染色体数量,发育成胎儿的其余部分。从 1995 年以来,已经发现了十几例这样的情况。

人的精子在有上述问题的同时还严重缺乏细胞质,无法独自进行发育。

对于题目谈到的 XXY 配子,XXY、XXXXXY 或 XXXXYY 核型的细胞组成的人类卵巢可能无法正常工作来产生它们。

2007 年,研究显示,南朝鲜科学家黄禹锡曾在一次学术造假中无意地创造出人孤雌生殖干细胞系。其他学者在 2019 年复现了该偶然事件,证实了人可以在现代技术支持下进行单性生殖(只要你不在意产生的胚胎的死亡率)[2]

  • 黄禹锡曾任首尔大学兽医系首席教授,在干细胞领域多有建树,一度被南朝鲜视为民族英雄,号称朝鲜族获得诺贝尔奖的希望。2005 年 12 月,他伪造多项学术成果并洗钱的事实被揭发,舆论哗然。2010 年 12 月 16 日,首尔高等法院二审判处黄禹锡有期徒刑 18 个月,缓刑两年。
  • 其造假成果之一“黄氏干细胞”被实验证明是偶然地实现了人卵细胞的单性生殖 , 而不是黄禹锡自己宣称的“卵母细胞与体细胞的细胞核融合为干细胞”成果。

参考

  1. ^ https://hdl.handle.net/2144/34885
  2. ^ https://doi.org/10.1089%2Fclo.2007.0063

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