長久以來，科學家一直認為授精這個「贏家全拿」的遊戲長這樣：數不清的精子衝向在終點線等待的卵子。許多精子因為尾巴缺陷或變形根本無法衝出起跑線，有些缺乏足夠能量完成漫長的女性生殖道之旅，或是陷入阻礙精子前進的黏稠分泌物中。優勝者將由最後一次衝刺決定，精子的確切身份很隨機，卵子也是被動地等待「冠軍」出現。

 

　　太平洋西北研究所科學家喬‧納多（Joe Nadeau）對這個傳統觀點提出了挑戰。如果授精是完全隨機，就應該會導致後代出現特定比例的基因型組合，但納多光是在自己的實驗室裡就發現了兩個特例，表明授精很可能不是隨機，因為某些基因型配對比其他配對更容易出現。在排除掉其他替代解釋後，他只能得出這樣的結論：授精並非完全隨機。

 

　　納多說：「配子其實會挑選伴侶。」

 

　　他的假設是：卵子會以特定基因吸引精子，反之亦然。這個觀點已逐漸成為生物學界的共識，即卵子並非科學家認為是順從、溫順的細胞。相反地，科學家現在認為卵子在繁殖過程扮演著平等與積極的角色，為繁衍生命最重要的過程增加了演化控制與選擇的作用。

 

　　喬治華盛頓大學的演化生物學家莫莉‧馬尼爾（Mollie Manier）說：「女性生殖更加神秘也更難研究，但人們越來越體悟到女性在授精過程所扮演的角色。」

 

 

　　性選擇的觀點與達爾文差不多古老。在《物種起源》一書中，達爾文以孔雀尾巴和麋鹿鹿角為例，闡明演化這些特徵有助於雄性向雌性展現自己作為配偶的吸引力。在接下來的一個世紀，生物學家集中研究影響交配的各種性選擇層面。他們以為雌性與雄性交配就已經做出了選擇，而唯一的競爭只剩下游向卵子的精子。

 

　　紐約大學人類學家艾蜜莉‧馬丁（Emily Martin）在1991年的論文指出，這種男性主導的觀點普遍認為，女性在生殖方面是被動順從的角色，她寫道：「卵子被認為是巨大與被動的細胞，它不會移動只是單純隨著輸卵管『輸送』。相較之下，精子很小呈流線型，而且總是很活躍。」

 

　　然而，從1970年代開始，科學界逐漸打破成見。史密森尼熱帶研究所行為的生態學家威廉‧埃伯哈德（William Eberhard）記錄了所有雌性在交配後影響雄性授精的所有方式。這是一個很長的列表，科學家仍無法確定是否已經記錄下一切。這些遲來的發現不全是因為性別歧視，因為能成功到達雌性生殖道內玩「捉迷藏」遊戲的精子少之又少。

 

　　在體外授精的物種中，雌性通常會用一層厚又富蛋白質的卵巢液體覆蓋它們的卵。2013年，東英格蘭大學的馬修‧蓋奇（Matthew Gage）進行的實驗表明，這種液體包含有助於吸引正確種類精子的化學信號。當他們把鮭魚和鱒魚卵暴露在混合兩個物種的精子裡時，這些卵成功授精的機率仍有70％，遠超過出預期的機率。蓋奇說：「精子對不同的卵巢液體表現也不同，當它們遇到屬於自己物種的液體時就會勇往直前。」

 

　　體內授精也有它們的方法，埃伯哈德稱之為「隱性雌性選擇」。一些女性的生殖道像迷宮一樣，充滿錯誤的起點與死路，除了最強壯的精子以外，所有精子都無法存活。一些雌性（包括許多與不止一個雄性交配的爬行動物、魚類、鳥類和兩棲動物，生物學家估計幾乎是絕大部分物種）可以將精子儲存數月甚至數年，來增加偏愛的雄性授精成功的機率。許多雌鳥（包括家養的雞）在交配後都能排出精子，使它們能挑選最好或最適合的雄性精子。

 

　　不過，上述這些策略只為雌性提供選擇不同雄性精子的機會，而最終能讓卵子授精的精子似乎仍然很隨機。

 

 

　　事實上，授精的隨機性隱含在分離原理中——可追溯至孟德爾（Gregor Mendel）的第一遺傳定律。父母攜帶每個基因的兩份複本，這些複本被隨機分成只攜帶一份複本的配子。如果父母雙方都是異型合子（heterozygotes，攜帶同一基因的兩種不同版本，例如「Aa」），那麼他們的後代中有一半也是異型合子（Aa），四分之一的後代攜帶兩份複本、某一個版本的同型合子（homozygotes，例如「AA」），剩下的四分之一則是另一個版本的同型合子（例如「aa」）。納多說：「這是生物學中適用最廣泛的規則之一。」

 

　　然而，只有當授精為完全隨機的情況下，這些機率才會成立。如果卵子或精子能夠以某種方式影響其他參與授精的配子，那麼比例可能會非常不同。早在2005年，這個驚人的差異就引起了納多的注意。當他開始研究老鼠身上兩種特定遺傳基因時，所有的機率都派不上用場。他在西雅圖的實驗室裡思考：孟德爾的想法是否有誤？

 

　　納多並沒有打算追究孟德爾對或錯，他只是想知道兩個基因（Apobec1與Dnd1）之間的相互作用如何影響最容易遺傳的癌症：睾丸癌。納多和博士研究生珍妮佛‧澤切爾（Jennifer Zechel）培育了一隻雌性老鼠，它帶有一個正常與一個突變複本的Dnd1，並且讓它與攜帶Apobec1同型合子的雄性老鼠交配，結果一切似乎都遵循孟德爾的法則。但是，當他們反向育種時（將帶有Apobec1異型合子的雌性與帶有Dnd1異型合子的雄性交配），事情就變得很奇怪：實驗發現，它們生下的後代中只有27％攜帶突變的Apobec1、突變的Dnd1或兩者皆有，而原本預期的機率是75％。

 

　　作為一名幾十年來花時間研究遺傳學的科學家，納多知道影響孟德爾機率有無數種因素。如果受精卵帶有兩個突變的隱性基因複本，所產生的胚胎就很可能在發育早期死亡。這種導致胚胎死亡的突變會改變同型合子與異型合子的比例，但也會減少每窩老鼠的平均數量。然而，澤切爾和納多培育的所有小鼠的後代數量都正常，而且也沒有出現授精後胚胎過早死亡的現象。

 

　　納多猜測問題或許出在精子，而不是卵子。因此，他將有或沒有基因突變的雄性老鼠與健康無基因突變的雌性老鼠交配，並發現雄性老鼠的生育能力沒有差異——如果基因突變影響精子形成，這種差異會很明顯。納多和團隊一步一步排除掉所有導致後代基因型失衡的可能原因，最後只剩下一個可能：在授精過程中，卵子和精子都對突變的基因型存有偏見。

 

 

　　納多推斷，其他科學家肯定也遇過這種情況，所以他查找了許多科學文獻。儘管他找到很多無法解釋的案例，但從沒有人認真探討授精的基因偏見問題。納多發現的其中一個例子是阿爾伯塔大學癌症研究人員羅斯琳‧戈柏（Roseline Godbout）與德文‧傑曼（Devon Germain）有關DDX1蛋白質對成視網膜細胞瘤（一種高度遺傳的兒童癌症）發展影響的研究。這項研究出現了納多遇到的情況，受孕後死亡的預期機率遠低於孟德爾的法則。在一系列複雜的交配實驗後，他們推測可能是實驗中發生了「異常罕見的突變」。

 

　　但納多並不這麼覺得，他專程寫信給戈柏詢問細節，並提到有無可能是基因的選擇傾向：或許卵子更喜歡跟帶有相反DDX1基因型的精子結合。傑曼回憶說：「我們原本以為只是一種奇怪的遺傳模式，我們從沒有想過授精有可能不是隨機的。」

 

　　隨後，傑曼心血來潮決定重新審視先前實驗的所有原始數據，並在查看結果時想起納多的問題。他表示，自己越去看實驗數據，就越覺得授精具有基因偏見是「最合理的解釋」。

 

　　納多的目的是希望引發更多相關研究，並確定卵子和精子的相互作用，以及如何改變和影響授精，他說：「我們都被先入為主的想法蒙蔽雙眼。這個觀點是看待授精的不同方式，對於授精過程具有不同的含義。」

 

　　這個觀點挑戰了傳統認知（即女性生理在授精時是被動的），西澳洲大學演化生物學家蕾妮‧菲爾曼（Renee Firman）說：「女性被視為被動的對象，好像沒得選擇，但其實她們仔細挑選影響了授精結果。要理解這個過程，我們還有很長的路要走，我不認為人們已經真正意識到這種現象有多麼普遍，以及發生的頻率有多高。」

 

　　納多則開玩笑說：「只要排除掉所有的不可能，那麼無論剩下的可能有多麼難以置信，也一定是真相。」

 

 

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原文出處：Quanta