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Biology letters:长寿的秘密与性染色体有关!

1589960419 来源:未知 点击:59

  当你询问超过100岁的长寿老人:长寿的秘密是什么?他们或许把长寿的秘诀从年轻时的兴趣爱好,追溯到到年老时的生活习惯。然而,长寿老人往往不会提及的一件事是:性别差异。绝大多数国家的女性平均寿命长于男性。这种性别不同导致的寿命明显差异,一方面可能与男性和女性生活方式上的差异有关,另一方面则是由于男性和女性在生物学层次上的内在差异所致。

  “无保护的X染色体”假说(unguarded X hypothesis)

  许多分类单元显示出两性寿命的显着差异。但是,这些差异并不总是相同的。在哺乳动物中,雌性往往比雄性寿命更长,而在鸟类中,雄性往往比雌性寿命更长。这是为什么呢?有学者提出了“无保护的X染色体”假说。

  在自然界中,物种的性别决定方式多种多样,人类及哺乳动物是由XY染色体决定性别,XY为雄性,XX则为雌性;而在鸟类等动物中,ZZ为雄性,ZW则为雌性。无论性染色体如何分配,拥有一对相同性染色体的称为同配性别(homogametic sex),拥有不同染色体的称为异配性别(heterogametic sex)。有证据表明,同配性别可能更容易抵御有害突变的影响,因为如果X或Z染色体上出现了有害的突变,它在异配性别中更容易得到表达。以人类红绿色盲为例,这种疾病由X染色体上的隐性基因导致,因此男性发病率远高于女性。

  因此,“无保护的X染色体”假说提出:异配性别更容易产生不利的形态和生理特征。

  Biology letters:寿命的长短与性染色体不同有关

  近日,来自悉尼新南威尔士大学的Zoe A. Xirocostas团队在《Biology letters》发表了一篇题为“The sex with the reduced sex chromosome dies earlier: a comparison across the tree of life(通过生命树比较由性染色体不同导致的性相关死亡)”的研究型文章,文章中指出:具有相同染色体的同配性别平均寿命比异配性别长17.6%,且这一理论适用于整个生命进化树中的人类、野生动物和圈养动物[1]。

  研究人员收集了生命树中229个物种中雌性与雄性的寿命数据,这些物种涵盖99个科、38个目和8个纲(哺乳纲、昆虫纲、爬行纲、辐鳍鱼类、蛛形纲、鸟纲、软骨鱼纲、两栖类)。与“无保护的X染色体”假说一致,荟萃分析表明,具有相同染色体的同配性别平均寿命比异配性别长17.6%。

  演化树中从上到下依次是:灵长类和智人、啮齿类、鳍脚类(如海豹)、食肉哺乳动物、有蹄类(如山羊)、鲸豚类、有袋类、鸟纲、爬行动物和两栖动物、鱼类(包括软骨鱼纲和辐鳍鱼类)、鞘翅目、双翅目、鳞翅目和其他无脊椎动物。图中蓝色圆点代表雌性,红色菱形代表雄性;左边显示同配性别寿命更短的分布(越往左寿命越短),右边为异配性别寿命更短的分布(越往右寿命越短)。

  雌性为异配性别时,其与同配性别的雄性寿命差异小

  该研究中,研究人员还发现:当雄性为异配性时,其寿命雌性短20.9%,但是当雌性为异配性时,其寿命仅比雄性短7.1%。

  为什么当雌性为异配性别的时候,两性寿命的差异缩小了?研究人员对这一现象提出了3种可能的解释:(1)Y染色体的降解程度;(2)端粒动力学;以及(3)生殖竞争的副作用。

  1、雄性异配物种中的Y染色体可能比雌性异配物种中的W染色体更易降解。这可能导致XY和ZW系统的异配寿命不同的原因之一。许多哺乳动物,例如人类的Y染色体比X染色体要短许多;还有证据表明,W和Z染色体的相对长度体量相当,甚至可在进化枝显着变化(例如鸟、蛇)。因此,研究人员认为性染色体高度退化或缺失的物种,两性寿命差异更大。然而,目前尚未有研究对整个生命树中的染色体降解进行比较分析。

  2、性激素通过影响端粒长度影响寿命。端粒缩短与衰老密切相关,细胞有丝分裂会造成端粒逐渐缩短,最终导致端粒丢失,启动细胞衰老和凋亡程序。研究表明,端粒缩短和端粒损耗速率增加伴随着细胞衰老、细胞凋亡、机体寿命缩短。人类体细胞的端粒长度随年龄增长会逐渐缩短。然而,雌激素刺激端粒酶的启动子,其通过在端基末端添加端粒碱基对来修复受损的端粒并间接激活其他DNA修复途径。因此,雌激素对端粒酶活化的影响可能有助于解释雌性为异配子性时寿命的较小减少。

  3、男性面临比女性更激烈的生殖竞争。研究者指出,雄性往往会争抢雌性配偶或领地,以获得交配机会,这个过程将促使它们采取高风险行为;而雌性通常要付出更多的亲代投资,养育每个后代的成本更高,这使得它们倾向于采取低风险行为。此外,生殖竞争还可能令雄性消耗额外的能量,比如一些雄鸟艳丽的羽毛和复杂的求偶展示。总而言之,性选择会提高雄性的死亡率,进而拉低这个群体的相对寿命。

  来自里昂克劳德·伯纳德大学的生物学家加布里埃尔·马莱斯(Gabriel Marais)说:“我们知道,男性的生殖竞争更激烈。”因此Marais说,男性“通过更快的衰老来支付这种生殖竞争的费用,他们将死得更年轻。”

  这项研究初步说明了寿命的长短与性染色体有关,虽然目前尚缺直接的证据证实这一观点,目前尚且不知“性染色体长度的差异是否与寿命有关”,这也是未来的研究方向之一。本篇文章根据对生命进化树的荟萃分析,足以证明性染色体与寿命之间的强烈相关性。

  该研究的主要作者,生态学家佐伊·西罗科斯塔斯(Zoe Xirocostas)说:“我认为人类与昆虫和鱼类,能表现出相同的研究分析结果,这一事实也足够令人兴奋!”

  参考文献:

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