气候变暖会改变性别吗?

物种面临挑战

我们在电视上都看到过北极熊被困在浮冰上不知所措的画面。气候变暖所导致的栖息地破坏,正给像北极熊这样的许多物种带来灭顶之灾。

但是,请把你的关切分出一些来给另一些物种吧,它们所面临的生存挑战似乎更严峻呢。因为它们遭受破坏的,不仅有栖息地,还有性别平衡。

此话怎讲?

我们都知道,有些动物的性别是由出生时的环境温度决定的。这一群体包括了从鳄鱼、海龟到鱼类的很多古老物种。温度升高会使它们趋于生下单一性别的后代。长此以往,似乎会驱使它们走上灭绝的道路。

但奇怪的事实是,这些物种在过去也经历过多次全球变暖,而它们都幸存了下来。这就把科学家搞懵了。它们是如何做到这一点的?目前的气候变暖与它们之前的经历在多大程度上不同?我们需要为它们的生存担忧吗?

这些问题亟待科学家们去回答。

有些物种环境温度“一决雌雄”

为什么气候变暖会造成动物的性别失衡呢?

对于许多动物,性别是由遗传自父母的性染色体决定的。例如,在人类和其他哺乳动物中,大多数雌性拥有两条X染色体,雄性有一条X染色体和一条Y染色体。对于这些动物,气候变暖对性别的影响不会太大。

但一些鱼类和许多爬行动物,包括鳄鱼和海龟,它们虽然也有性染色体,但胎儿的性别是受环境温度调控的,环境温度“一决雌雄”。在爬行动物中,决定雌雄的时间是在卵孵化期间;在鱼类中,是在卵孵化之后的幼虫阶段。在这些时间段,环境温度决定了它们是雌是雄。比如海龟,如果在高于26℃的温度下孵化,通常会生下雌性后代。

现有大量证据表明,全球变暖正导致这些动物的性别越来越失衡。大多数情况是雌性过剩,雄性不足。研究证实,在最近几年里,海龟中出现了大量以雌性为主的种群。这种情况正日趋严重,预计到2100年,在海龟种群中,雌性比例将从目前的52%上升到76%~93%。

这听起来似乎是灾难性的。

到2100年,93%的绿毛海龟将是雌性的。

罗非鱼在温度更高的水里会生育更多的雄性。

雌性过多有益处

对于深受气温变化影响的动物,它们能逃过这场劫难吗?

但实际情况却让我们有理由乐观地相信,雌性占优势的群体不会导致灭绝。事实上,制约种群规模的是雌性而不是雄性的数量。只要有足够多的雄性服务于整个雌性群体,雌性数量过多实际上是有益的。

以狗为例。母狗一年可怀胎两次,假设平均每胎生5仔。现有三群狗,总数都是10只。第一群9只母狗1只雄狗;第二群5只母狗5只雄狗;第三群1只母狗9只雄狗。一年之后,第一群数量增至100只;第二群增至60只;第三群增至20只。由此可见,与雌雄平衡的群体相比,雌性占优势的群体往往具有更高的生殖产出,更容易让种群规模激增。

为此,一些研究者甚至认为,这解释了为什么性别依赖温度的物种在自然界中如此普遍。当其他物种难以适应不断变化的环境时,那些进化出这种机制的物种可能具有更大的生存优势。

性别失衡可以自我纠偏

这样一种生育机制还有另一个好处:它本身就有自我纠偏的功能。以鳄鱼为例,其孵化温度偏低或偏高,都会生产雌性,只有温度适宜时才生产雄性。但對于何者为适宜温度,却因个体而异。对于鳄鱼甲,孵化雄性的适宜温度是25℃~29℃,对于鳄鱼乙,却是27℃~32℃,如此等等。这种个体之间的差异,是由个体的基因决定的。

现在不妨来设想一下:在一个特别暖和的年份,只有少数携带适宜温度偏高的基因的胚胎,才会孵化为雄性。它们一旦发育成熟,这些少数的雄性可能会与多个雌性交配,使后代更可能携带适宜温度偏高的基因,这些基因有利于在更高温度下生育雄性。通过这种方式,种群中的雄性比例就会渐渐恢复。

这种自我纠偏的机制,再加上让种群规模激增的能力,可以解释为什么在更高温度下生育更多雌性的物种(如前述的鳄鱼、海龟和鱼类),在过去经受了气候变暖的考验。

人类在气温高的情况下,更倾向于生育女性,不过这是一种不同的机制在起作用。

让性别不再决定于温度

对于全球变暖导致雌性过剩的动物来说,气候变暖对它们的种群发展影响不大。但对另一类物种则构成了很大的威胁——那些环境温度越高,生下的雌性越少,雄性越多的物种,这对它们就有可能是灭顶之灾,包括商业上有重要价值的鲈鱼、罗非鱼和茴鱼。据估计,只要气温上升1℃~2℃(这是对本世纪末海洋温度上升的最保守预测),它们中雌雄比例可能会从1:1变为1:3。

这些物种都有决定性别的性染色体,但它们的性别同时又受温度的调控,而且温度通常会凌驾于这些遗传指令之上。比如说,本来是雌性的罗非鱼,在更温暖的水域成长时,就能将自己转变成雄性。

那么,隨着全球气温持续上升,这类物种的命运如何?

不可否认,灭绝的可能性是极大的。然而,科学家发现,这类物种的危机中也隐藏着一条出路,这条出路似乎在过去已被多次使用过。

根据科学家的模型,雌性的长期缺乏最终可能导致它们进化出一种本领,即它们的基因发生突变,进化出性别不再对环境温度敏感的特征。如此一来,性别就仅取决于性染色体了。

鸟类就是这样一个典型例子。它们的祖先最初性别也是依赖于温度的,但后来进化出不依赖温度的生育方式,以此来摆脱即将到来的灭顶之灾。这可能是1.5亿年前化石记录中鸟类数量增加的原因之一。同时,一些研究人员认为,绝大多数恐龙没进化出这种机制,可能对它们的灭绝起到了推波助澜的作用。因为我们知道,虽然恐龙灭绝的根本原因是小行星撞击,但直接原因却是撞击所导致的气候巨变——在气候发生剧烈变化的时候,还让生育方式依赖于外界温度,那是很危险的。所以,鸟类是它们当中唯一存活至今的后代。

气候变暖日趋严峻

不论自我纠偏也罢,进化出不受气温影响的基因也罢,要让这些机制发挥作用,前提是气候变化的速度不能太快,譬如,进化出一个好基因之后,要让它传播开去,至少得让这个基因的携带者活到性成熟期;要是环境变化太快,携带者没活到成熟期就死了,那这个好基因就不能发挥作用。

不幸的是,有迹象表明,与过去的气候变暖事件相比,现在气候变暖的速度太快了。在这种情况下,爬行动物尤其面临着巨大的风险,因为它们的代际跨度很长,例如红海龟需要30年才能达到性成熟,这意味着它们无法足够快地适应环境。最近一项研究预测,在未来几十年内,许多海龟种群将几乎全是雌性。

更为严峻的是,这次气候变暖已使许多物种全失去了它们连接成片的栖息地。过去,它们可以通过迁徙来躲避不适宜的气候,现在已经没这个条件。此外,栖息地的破坏会缩小种群规模,从而限制适应能力。因为在更大的群体中,发生基因变异的可能性要大得多。种群规模缩小,意味着让进化发挥作用的舞台缩小了。这一切也是我们现在需要采取行动限制气候变化和环境退化的另一个重要原因。

版权声明:三分钟阅读 发表于 2021年11月1日 上午8:11。
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