首次发现具有三种性别的藻类
往东京以西一小时车程，是一条名为相模川的河流流经的地方。30年来，为了了解生物是如何进化成不同性别的，东京大学的副教授野崎久義（Hisayoshi Nozaki）总是前往这条河流收集藻类样本。
最近，野崎教授与他的团队通过分析于2007年和2013年间，从相模川沿岸的相模湖和津久井湖采集到的藻类样本，发现了一种神奇的淡水藻类——这种藻类名为Pleodorina starrii，它们进化出了三种不同的性别，可以全部两两成对进行繁殖。
2013年，与野崎副教授合作的研究学生从相模川流域的相模湖收集藻类样本。｜ 图片来源：Hisayoshi Nozaki
这项新的发现于近期发表在了《进化》杂志上。
在世界各地的神话故事中，都有雌雄同体的身影存在，这是古代人类的三种性别表型（雌性、雄性、雌雄同体）之一。三种性别共存的情况或许听起来怪异，但实际上这在自然界的开花植物中是比较常见的，只是在动物中较为罕见。目前，科学家只在一些无脊椎动物中发现过这样的情况。而新的研究结果所代表的是三种性别在藻类（或者说真菌）中的首次出现。
从生物学的角度来看，三种性别现象与已知的雌雄同体略有不同。在通常情况下，具有两种性别的物种的个体会因为不正常的基因表达，而同时产生雄性和雌性生殖细胞；而那些具有三种性别的植物和无脊椎动物则是因为正常的基因表达。
早在十几年前，生物学家就已经知道Pleodorina starrii的存在，但一直以来它们并未得到详细的研究。Pleodorina starrii是32或64个细胞的生物，它们有着小小的可移动的雄性生殖细胞，以及较大的不移动的雌性生殖细胞。
在进化过程中，远古生物的生殖细胞在外观上是相似的，它们被称为正负性细胞，而不是雄性或雌性。最近进化出的物种通常在生殖细胞之间有巨大的差异，比如人类会产生大大的卵子和小小的精子。
2006年，野崎从来自相模川水系的绿藻Pleodorina starrii中发现了一种新的雄性特异基因“PlestMID”，他将其命名为OTOKOGI，在日语中的意思是“雄性”。自那之后，科学家便开始对这种绿藻产生了兴趣，并认为Pleodorina starrii可以成为研究性别进化的有用模型。
2010年，野崎与团队又在Pleodorina starrii中发现了一组只有雌性的基因，他们将其命名为“绯红色的牡丹”（HIBOTAN），这个名字与20世纪60年代的一部日本电影有关，电影中的女主角身上纹有一朵红色的花朵。这些更早时期的发现让野崎推测，Pleodorina starrii具有雄性和雌性的雌雄异体交配系统。
然而，在新的研究中，他与团队通过对相模川水系进行长期的实地调查，发现了两个两性Pleodorina菌株在无性系培养中产生了接合子。经过遗传学分析和更多的交配试验，研究人员最终得出结论，Pleodorina starrii有一个“两性因子”基因，它可能位于一个与OTOKOGI和HIBOTAN性别基因分开的染色体上。
换句话说，Pleodorina starrii藻具有雄性、雌性，以及第三性别——两性，且这种第三性别可以在基因正常表达的情况下，在一个单一的基因型中产生雄性和雌性生殖细胞。
在实验室中，研究人员观察到绿色的Pleodorina starrii在球形的细胞群落中与其他的和它们有着相同性别的个体一起生长。雄性的细胞群可以通过它们释放到水中的一股股清晰的精子识别出来。这些精子会游来游去，直到它们撞击到一个雌性群体，然后分裂成单个的精子细胞，进入到单个的雌性细胞中，一起结合产生下一代。
显微镜下游动的Pleodorina starrii。｜ 图片来源：Hisayoshi Nozaki
在这些不同的细胞被隔离状态下，不同的群落会进行无性繁殖，形成具有相同基因型的克隆细胞群。在实验中，研究人员将不同的细胞群落分开，然后剥夺它们的营养，迫使它们进行有性繁殖。一种被隔离的性别群体可以与另一种被隔离的性别群体混合，研究人员可以从它们产生的后代的性别比，得出与性别决定有关的有用线索。
研究人员总结道，在基因上为两性的Pleodorina starrii的细胞中，同时具有OTOKOGI和两性因子基因，但当它们与其他Pleodorina starrii进行有性繁殖时，便可以产生正常的雄性或雌性Pleodorina starrii细胞群落。雄性的Pleodorina starrii只有OTOKOGI雄性基因；而雌性的Pleodorina starrii既可以只有雌性型HIBOTAN基因，也可以同时具有HIBOTAN和两性因子基因。他们怀疑两性因子可能只在“雄性”的OTOKOGI存在时才活跃，但若想要更进一步地了解这些基因，还将需要进行更多的实验。
野崎认为，他们之所以能做出这一发现，都归功于他们对藻类进行了非常长期的实地采集、种植和研究。他说：“持续、长期的研究对于揭示自然界物种的真实本质来说非常重要。”
#创作团队：
文：糖兽
#参考来源：
https://www.u-tokyo.ac.jp/focus/en/press/z0508_00186.html
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1111/evo.14306