章鱼有一条秘密的性染色体——它比恐龙还要古老

章鱼刚刚透露了另一个秘密：什么决定性别？

　　

俄勒冈大学的研究人员在加州斑点章鱼身上发现了一条性染色体。这条染色体可能已经存在了4.8亿年，早于章鱼和鹦鹉螺的进化分裂。这使它成为已知最古老的动物性染色体之一。

这一发现还提供了证据，证明章鱼和其他头足类动物——包括鱿鱼和鹦鹉螺在内的一组海洋动物——使用染色体来决定它们的性别，解决了生物学家长期以来的一个谜团。

“头足类动物已经是非常有趣的生物了，关于它们，我们还有很多东西要学习，尤其是在神经科学方面，”在生物学家Andrew Kern实验室工作的UO博士生Gabby Coffing说。“这只是展示了一个关于它们的有趣的事情：它们有非常古老的性染色体。”

Coffing， Kern和他们的团队在2月3日的《Current Biology》杂志上描述了这一发现。

动物如何决定性别

在人类和大多数哺乳动物中，性别主要是由染色体决定的。但克恩说，动物在决定性别的方式上“存在着巨大的多样性”。因此，科学家们不能假设章鱼也是如此。

例如，海龟的性别是由孵化蛋的温度决定的。有些鱼有一个决定性别的基因，但不是整个染色体。即使在人类中，X/Y性染色体系统也不像在纸上看起来那么清晰；基因突变或遗传额外的性染色体可能导致发育不完全符合男性/女性二元结构。

此外，由于头足类动物不是标准的实验室动物，比如老鼠或果蝇，它们还没有受到那么多的基因探索。科学家们已经对一些章鱼物种的基因组进行了测序，但他们不能像在老鼠甚至人类身上那样将基因与特定的特征联系起来。

当UO的研究人员最近对一只雌性加利福尼亚斑点章鱼的DNA进行测序时，他们发现了一些意想不到的事情：一条染色体的遗传物质只有一半。它看起来与其他所有的章鱼都不一样，而且在之前DNA测序的雄性章鱼中也没有发现它。

“这个特殊的染色体有一半的测序数据，这表明只有一个拷贝，”Coffing说。“然后，随着我们进一步探索，我们得出结论，我们一定是偶然发现了一条性染色体。”

追踪染色体的进化史

为了证实这一点，研究人员对其他研究人员先前收集的其他章鱼基因组数据进行了分类。并不是所有的数据都被明确地标记为来自雄性或雌性章鱼。

但他们在另一种章鱼身上发现了另一个一半大小染色体的例子。他们还在鱿鱼身上发现了这种基因，鱿鱼在2.48亿到4.55亿年前从章鱼进化而来。在进一步挖掘之后，他们还在鹦鹉螺身上找到了染色体的证据，鹦鹉螺是一种软体动物，大约在4.8亿年前从章鱼中分离出来。

这些物种共享这一独特染色体的事实表明，它以某种形式存在了很长时间。

“这表明它们共同的祖先有类似的性别决定系统，”Coffing说。

Kern说，这对性染色体来说有些不寻常。因为它们直接影响生殖能力，它们受到很多选择压力，因此往往会经历快速的进化变化。但头足类动物似乎已经找到了有效的方法，并坚持了下来。

在苔藓和苔类植物中也发现了其他古老的性染色体，它们是最早进化的植物之一。昆虫的性染色体可能有4.5亿年的历史，但随着时间的推移，它们也发生了很大的变化。

Kern和他的同事们最初认为章鱼可能有一个类似于鸟类和蝴蝶的性别决定系统，雄性是ZZ，雌性是ZW。（生物学家给出了性别决定系统，其中男性有两个不同字母的相同性染色体副本，以避免与女性有两个相同染色体副本的XX/XY系统混淆。）

但是研究小组还没有在章鱼身上发现W染色体。或者，章鱼可以使用一种只涉及Z染色体的性别决定系统——雄性有一对，雌性只有一条。科芬说，这还有待确定。目前，章鱼还保留着一些秘密。

参考文献：“Cephalopod sex determination and its ancient evolutionary origin” by Gabrielle C. Coffing, Silas Tittes, Scott T. Small, Jeremea O. Songco-Casey, Denise M. Piscopo, Judit R. Pungor, Adam C. Miller, Cristopher M. Niell and Andrew D. Kern, 3 February 2025, Current Biology.