수상자-모든 수정 게임에서 수백만의 정자가 결승선에서 기다리고있는 계란을 향해 경주합니다. 꼬리가 없거나 변형 된 꼬리 및 기타 결함 덕분에 많은 정자가 출발 선에서 벗어나지 않습니다. 여전히 다른 사람들은 여성 생식 기관을 통해 긴 여행을 마치기위한 에너지가 부족하거나, 가장 강한 수영 선수를 제외한 모든 수영을 방해 할 수있는 끈적 끈적한 유체로 물질이 생깁니다. 트로피에 도달하는 Spermatozoa의 하위 집합의 하위 집합의 경우, 최종 승자는 마지막 스프린트에 의해 결정됩니다. 정자의 정확한 정체성은 무작위였으며, 계란은 Gametes의 Michael Phelps가 마침내 도착할 때까지 수동적으로 기다렸습니다. 또는 과학자들은 생각했습니다.
Pacific Northwest Research Institute의 교장 인 Joe Nadeau는이 교리에 도전하고 있습니다. 임의의 수정은 자손의 유전자 조합의 특정 비율로 이어져야하지만, Nadeau는 수정이 무작위로부터 멀어 질 수 있음을 나타내는 자신의 실험실에서 두 가지 예를 발견했습니다. 명백한 대안 적 설명을 배제한 후, 그는 수정이 전혀 무작위가 아니라고 결론을 내릴 수있었습니다.
Nadeau는“파트너를 선택하는 것과 동등한 게임입니다.
그의 가설 - 계란은 특정 유전자로 정자를 휘두를 수 있고 그 반대도 마찬가지입니다 - 계란은 오랫동안 생각했던 복종적이고 연약한 세포가 아니라는 생물학에서 점점 커지는 실현의 일부입니다. 대신, 연구자들은 이제 계란을 재생산에서 평등하고 활동적인 플레이어로보고 인생에서 가장 중요한 과정 중 하나에 진화론 적 제어와 선택의 층을 추가합니다.
.조지 워싱턴 대학의 진화 생물 학자 인 Mollie Manier는“여성 생식 해부학은 더 비밀스럽고 공부하기가 어렵지만 수정에서 여성의 역할에 대한 인식이 커지고 있습니다.
세포 수준에서의 성 선택
성적 선택에 대한 아이디어는 Charles Darwin 자신만큼 오래되었습니다. 종의 기원에서 에서 , 그는 공작의 화려한 꼬리와 엘크의 거대한 뿔을 썼다. 다음 세기 동안 생물 학자들은 교미로 이어지는 사건에서 작용하는 성 선택의 모든 측면에 중점을 두었습니다. 짝짓기 후, 여성은 그녀를 선택했고, 유일한 경쟁은 계란으로 수영하는 정자 중 하나였습니다.
뉴욕 대학의 인류 학자 인 에밀리 마틴 (Emily Martin)은 1991 년 논문에서 여성 생식 생물학에 대한 남성 지향적 견해는 널리 퍼져 있다고 주장했다. “계란은 크고 수동적 인 것으로 보입니다. 움직이지 않습니다 또는 여행 그러나 나팔관을 따라 수동적으로‘운송’. 완전히 대조적으로, 정자는 작고 '능률적이며'변함없이 활동적입니다.”라고 그녀는 썼습니다.
그러나 1970 년대부터 과학은 그 고정 관념을 훼손하기 시작했습니다. 현재 Smithsonian Tropical Research Institute의 행동 생태 학자 인 William Eberhard는 여성이 짝짓기 후에도 계란에 비옥 한 남성에게 영향을 줄 수있는 모든 방법을 기록했습니다. 긴 목록이며 과학자들은 여전히 모든 것을 문서화했는지 확실하게 말할 수 없습니다. 이러한 발견의 뒤늦은 것은 성 차별에 기인 한 것은 아닙니다. 엄니로 결투하는 두 개의 해마는 관찰하기 쉽습니다. 여성 생식 기관 내부에 정자가있는 숨바꼭질 게임은 훨씬 적습니다.
“계란과 정자가 있으면 성적인 선택이 있습니다. 이탈리아 파도바 대학교의 진화 생물 학자 인 안드레아 필라 스트로 (Andrea Pilastro)는 설명했다.
신체 밖에서 수정이 발생하는 종에서 암컷은 종종 알을 두껍고 단백질이 풍부한 난소 액체로 코팅합니다. 영국 이스트 앵글리아 대학교의 Matthew Gage의 2013 년 실험은이 유체에 올바른 종의 정자를 유치하는 데 도움이되는 화학 신호가 포함되어 있음을 보여주었습니다. 그들이 연어와 송어에서 두 종의 정자 혼합물로 알을 노출 시켰을 때, 계란의 종은 시간의 70 %를 성공적으로 수정했으며 우연히 예상되는 것보다 훨씬 더 많았습니다.
“정자는 다른 난소 액체에서 다르게 행동했습니다. 그들은 실제로 자신의 체액으로 똑바로 수영을했습니다.”Gage는 말했습니다.
내부 비료는 Eberhard를 불렀던 것에 대한 자체 방법이 있습니다. 일부 여성 생식 관은 미로이며, 가장 강한 정자를 제외하고는 모두를 방해 할 수있는 허위 시작과 막 다른 골목이 있습니다. 파충류, 물고기, 조류 및 양서류를 포함한 일부 여성들은 한 명 이상의 남성 (생물 학자 추정치가 대다수의 종이라고 추정하는)이 몇 달, 심지어 몇 년 동안 정자를 저장할 수 있으며, 저장 환경을 변경하여 한 수컷을 다른 남성보다 선호합니다. 가정용 닭을 포함한 많은 암컷 조류는 짝짓기 후 정자를 배출 할 수있어 최고의 남성을 선호하여 수정을 편향시킬 수 있습니다.
.그러나 이러한 모든 전략은 여성에게 다른 남성의 정자를 선택할 수있는 기회 만 제공합니다. 정자가 수정 한 사정 안에서 알은 여전히 우연히 남아있는 것처럼 보였습니다.
실제로, 수정의 무작위성은 분리의 원칙, 즉 그레고르 멘델 (Gregor Mendel)으로 돌아가는 유전학의 첫 번째 법칙에 암시 적이다. 부모는 각 유전자의 두 사본을 가지고 있으며,이 유전자는 무작위로 하나의 사본 만 가지고있는 게임 메테로 나뉩니다. 학생들이 고등학교 생물학에서 배우는 많은 확률을 일으키는 것입니다. 두 부모가 이종 접합체라면 (동일한 유전자의 두 가지 대체 버전을 가지고 있음) 자손의 절반도 이형 접합체가됩니다. 자손의 1/4은 하나의 버전의 두 부를 운반하는 동형 접합체이며 나머지 분기는 다른 버전과 동형 접합체입니다.
Nadeau는“이것은 생물학에서 가장 광범위하게 적용되는 규칙 중 하나입니다.
그러나 이러한 확률은 수정이 무작위 인 경우에만 작동합니다. 계란이나 정자가 어떻게 든 수정에 관련된 다른 게임의 정체성에 영향을 줄 수 있다면, 그 비율은 매우 다를 수 있습니다. 이 놀라운 차이는 2005 년 Nadeau의 관심을 끌었습니다. 그가 마우스에서 두 개의 특정 유전자의 상속을보기 시작했을 때 확률은 모두 꺼졌습니다. 시애틀 실험실에서 그는 궁금해지기 시작했습니다. 멘델이 잘못되었을 수 있었을까요?
Mendelian Lawbreakers
Nadeau는 Mendel에게 질문을하지 않았습니다. 대신, 그는 두 유전자 사이의 상호 작용 ( apobec1 및 dnd1 ) 가장 유전적인 암 형태 중 하나 인 고환암에 대한 영향을 미쳤다. Nadeau와 그의 박사 과정 학생 Jennifer Zechel은 dnd1 의 하나의 정상 및 하나의 돌연변이 체를 가지고있는 암컷 생쥐를 사육했습니다. 이형 접합체 apobec1 남성, 모든 것이 멘델의 규칙을 따르는 것처럼 보였다. 지금까지 너무 좋아. 그러나 그들이 번식을 역전 시켰을 때 (암컷 apobec1 수컷 DND1 과 결합 된 이형 접합체 이종 접합체), 사물이 이상해졌다 :그들은 예상되는 자손의 27 %만이 돌연변이 체 apobec1, 의 사본을 가지고 있음을 발견했다. 돌연변이 체
Nadeau는 수십 년 동안 유전을 공부하는 연구원으로서 Mendel의 비율에 영향을 줄 수있는 무수한 요인을 알고있었습니다. 수정란이 열성 유전자의 두 개의 돌연변이 사본으로 끝나면, 생성 된 배아는 개발 초기에 죽을 수 있습니다. 이러한 배아-치명적인 돌연변이는 동형 접합체 대 이종 접합체의 비율을 변화시킬 것이지만, 각 쓰레기에서 마우스 강아지의 평균 수를 감소시킬 것이다. 그러나 Zechel과 Nadeau의 모든 마우스는 표준 쓰레기 크기를 가졌으며, 배아가 수정 후 일찍 죽어 가고 있다는 증거를 찾지 못했습니다.
아마도 Nadeau는 아마도 달걀이 아니라 정자에 문제가 있다고 생각했을 것입니다. 따라서 그는 건강한 돌연변이가없는 암컷에 대한 돌연변이가 있거나없는 수컷 마우스를 자랐으며 남성의 생식력에는 차이가 없음을 발견했습니다. 돌연변이가 정자 형성에 영향을 미치는 경우 명백해 졌을 것입니다. 단계적으로 Nadeau와 그의 팀은 자손 유전자형의 이러한 원한 비율의 가능한 모든 원인을 제거했습니다.
확실히, 다른 누군가가 이미 이것을 보았을 것입니다. Nadeau는 과학 문학을 검색했습니다. 그는 설명 할 수없는 자손 비율의 많은 사례를 찾을 수 있었지만 아무도 대답으로 유 전적으로 편향된 수정을 심각하게 추구하지 않았습니다.
Nadeau는“모두가 우리가 찾는 것을보고 우리가 아는 것을 사용하여 설명하기 때문에 배아 치사로 해석했습니다.
는 말했습니다.
Nadeau가 발견 한 사례 중 하나는 Alberta University의 암 연구원 Roseline Godbout의 실험실이었습니다. Godbout은 유전 적 유년기 암 인 망막 아세포종의 발달에서 DDX1이라는 단백질의 역할을 연구했습니다. ddx1 의 기능 사본 하나를 놓친 마우스 유전자 (그러나 다른 기능적 기능성 유전자는 백업으로서)는 정상적이고 건강 해 보였다. Godbout과 Devon Germain, 현재 비엔나의 Max F. Perutz Laboratories의 박사후 연구원이 그러한 이형 접합체 수컷과 여성을 자란 경우, ddx1 의 두 사본이 부족하지 않은 것을 발견했습니다. 간단한 Mendelian Math는 25 %를 제안해야합니다. 그러나 DNA 복제에 대한 유전자의 중요성을 감안할 때 이것은 놀라운 일이 아닙니다.
나도는 확신하지 못했습니다. 그는 그녀의 실험실이 ddx1 가없는“녹아웃”동형 접합체를 어떻게 확인했는지 묻기 위해 Godbout에게 편지를 썼습니다. 유전자는 배아로 죽었다. 그들은 그렇지 않았습니다. 그는 또한 그들이 유 전적으로 편향된 수정을 고려했는지 여부를 물었다. 계란은 반대의 정자와 융합하는 것을 선호했다. 유전자형.
Germain은“우리는 그것이 이상한 상속 패턴이라고 생각했습니다. “우리는 비 랜덤 수정에 대해 생각하지 않았습니다.”
나중에 변덕스럽게 Germain은 실험에서 모든 원시 데이터를 검토하기로 결정했습니다. 결과를 살펴보면서 그는 Nadeau의 이메일로 인해 Godbout의 질문을 기억했습니다. 그가 데이터를 더 많이 볼수록 유 전적으로 편향된 수정은“가장 그럴듯한 설명”처럼 보였습니다.
Nadeau는 결과에 대한 설명으로 유 전적으로 편향된 수정을 진지하게 고려한 과학자가 거의없는 것에 대해 좌절 한 Nadeau , 그는 그의 목표는이 영역에 대한 더 많은 연구를 촉진하고 계란과 정자 상호 작용이 수정을 변화시킬 수 있는지 여부와 방법을 결정하는 것이 었습니다.
“우리는 선입견에 눈을 멀게했습니다. 수정 과정에 대해 매우 다른 영향을 받아 수정에 대해 생각하는 다른 방법입니다.”라고 Nadeau는 말합니다.
조지 워싱턴 대학교 (George Washington University)의 매니어 (Manier)와 같은 다른 과학자들은 나도의 가설이 흥미롭고 그럴듯하다고 말하지만, 그 일이 어떻게 일어날 수 있는지에 대한 증거는 없다고 지적합니다. Nadeau는 두 가지 가능성에 동의하고 지적합니다.
첫 번째는 정자와 계란에서 중요한 신호 전달 분자를 형성하는 엽산과 같은 B 비타민의 신진 대사를 포함합니다. Nadeau의 실험실 연구에 대한 연구는이 분자들이 수정에 큰 역할을하는 것으로 나타 났으며, 특정 신호 유전자의 이상은 정자와 계란이 서로를 얼마나 끌어들이는지를 바꿀 수 있다고 생각합니다.
.경쟁 가설은 정자가 계란을 생산하는 최종 세포 분열 이전에 여성 생식 관에 종종 존재한다는 사실을 바탕으로합니다. 정자의 신호는 이러한 세포 분열에 영향을 줄 수 있으며 계란이되는 세포의 신원을 편향시킬 수 있습니다.
메커니즘이 무엇이든,이 작업은 수정 중에 여성 생리학의 표준 관점에 도전합니다. 서부 호주 대학의 진화 생물 학자 인 Renee Firman은“여성은 선택의 여지가없는 수동적 대상으로 여겨졌지만 여성은 수정 결과에 관심을 가질 것입니다. "우리는 여전히이 과정을 이해하기 위해 먼 길을 가지고 있지만, 이것이 얼마나 흔한 지, 얼마나 자주 발생하는지에 대해 정말로 감사하지 않습니다."
.Manier는이 가설을 지원하거나 반박하기위한 데이터를 찾는 것이 어려울 수 있다고 말했다. 정자 내의 유전자가 표면 분자에 영향을 미치며 난자가 이러한 차이를 감지 할 수 있음을 보여주는 데 달려 있습니다. 이러한 결과는 개별 정자 세포에 대한 자세한 생화학 적 연구와 그 게놈에 대한 시퀀싱 정보가 필요합니다.
Nadeau는 회의론자들을 위해 준비되어 있습니다. 그는 마우스 연구 결과와 무슨 일이 일어나고 있는지에 대한 가설을 제시 할 때 회의에서 많은 사람들이 만났습니다. 비평가들은 종종 대화 후에 그에게 다가 가서 그에게 질문을 시작합니다. 그들이 멀리 걸어가는 것은 불분명하지만, Nadeau는 편견이있는 수정이 일어나지 않는다는 확신이 훨씬 적다 고 생각합니다. Fred Hutchinson Cancer Research Center의 유전 학자이자 바이러스 학자 인 Harmit Malik 에게이 상황은 최고의 Sherlock Holmesian 솔루션입니다.
"당신이 불가능한 것을 제거했다면, 그럴 것 같지는 않지만 남아있는 것은 진실이어야합니다."
