为何人类历经几十万年进化 生育后代仍然如此困难?

为何人类历经几十万年进化 生育后代仍然如此困难?

为何人类历经几十万年进化 生育后代仍然如此困难?(Credit: Pixabay/CC0 Public Domain)

(蜘蛛网eeook.com报道)据中国科学报(徐锐):英国科学家的最新研究表明,“自私染色体”可以解释为什么大多数人类胚胎会早亡。

这项近日发表于《公共科学图书馆—生物学》的研究解释了为什么鱼类胚胎生存良好,而人类胚胎往往无法存活。该研究对不孕不育治疗具有重要意义。

此前的研究发现,大约一半的受精卵在人们知晓怀孕之前就死亡了。更为不幸的是,即使受精卵存活,一些被确认怀孕的人在几周后也会自然流产,且颇为常见。

为此,巴斯大学米尔纳进化中心主任Laurence Hurst希望通过研究找到人类历经几十万年进化,生育后代仍然如此困难的原因。

研究人员发现,导致胚胎早期死亡的直接原因是染色体数目错误。通常情况下,受精卵应该有46条染色体,其中23条来自母亲的卵子,另外23条来自父亲的精子。

“但很多胚胎的染色体数目不对,通常是45或47条,因此几乎所有胚胎在子宫内就死亡了。即使是唐氏综合征这样的21号染色体有3个拷贝的病例,大约80%的胚胎也都无法顺利活到足月。”Hurst说。

那么,为什么多获得或丢失一条染色体是如此常见且致命呢?Hurst总结了数条线索。

第一,胚胎染色体数目错误,通常是由于产生卵子时发生了错误,而非精子有问题。事实上,超70%的卵子染色体数目存在错误。

第二,错误通常出现在产生卵子两个步骤中的第一步。这一步很容易受到突变的干扰,例如突变可以“自私”地潜入50%以上的卵子中,破坏配偶染色体。这一现象已在小鼠身上得到验证,科学家怀疑人类也存在这种现象,且与染色体丢失或增加有关。

Hurst注意到,在哺乳动物中,一种“自私突变”试图做到这一点,尽管往往以失败告终,但会导致卵子多出或丢失一条染色体。然而,由于胎儿在母体子宫中被喂养发育,所以早期扼杀那些从缺陷卵子发育而来的胚胎,比起足月降生在进化上是有益的——这种选择意味着存活下来的后代表现得比平均水平更好。

“产生卵子的第一步很奇怪。一对染色体中的一条进入卵子,另一条被破坏。但是,如果其中的染色体‘知道’自己将被破坏的命运,它就没什么可害怕的了。”Hurst说,分子证据表明,当一些染色体检测到它们将在第一步中被破坏时,就会改变自身行为以防止被破坏,这可能导致染色体丢失或增加,以及胚胎死亡。

“‘自私染色体’通常会出现在胚胎的‘兄弟姐妹’中。”Hurst说,因为胚胎死亡对母体的其他后代有利,所以这种杀死胚胎的突变是有益的。

但是在鱼类和两栖类等动物身上没有上述问题。

“在2000多个鱼类胚胎中,没有发现一个来自母亲的染色体错误。”Hurst说,鸟类中发生上述错误的概率也很低,约为哺乳动物的1/25,这是因为雏鸟间的竞争在孵化后,而非孵化前。

相比之下,染色体丢失或增加对于每一种哺乳动物来说都是个问题。

“在子宫里喂养后代是一种不利的做法。如果他们早死,幸存者则会受益。这使哺乳动物很容易受到突变的影响。”Hurst说。

在Hurst看来人类确实特别脆弱。在小鼠中,胚胎死亡为同窝中的幸存者提供了资源,使其他小鼠的生存机会提高约10%。然而,人类通常一次只生一胎,早期胚胎的死亡使母体能够快速再次繁殖,其间母体甚至可能根本不知道自己的卵子已经受精了。

初步研究数据显示,像奶牛这样一次只生一胎的哺乳动物,其胚胎因为染色体错误造成的死亡率特别高,而像老鼠、猪这些一窝多胎的哺乳动物的胚胎死亡率较低。

Hurst的研究还表明,一种叫做Bub1的蛋白质的水平低下可能会导致人类和小鼠染色体丢失或增加。

“随着母体年龄的增长和胚胎染色体问题发生率的上升,Bub1的水平会下降。识别这些蛋白并提高其在年长母体中的水平可以恢复生育能力。”Hurst说,“希望这些见解能够帮助那些怀孕困难或反复流产的女性。”(原标题:人类生孩子怎么这么难?可能是“自私”染色体在作祟)





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