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長按識別二維碼，報名2018十大突破性技術中國區線下解讀會
眾所周知，當一個物種需要改變自身以適應特定需求時，進化會幫上大忙。 但是，如果同一物種下的“小群體”有不同的需求時，要怎麼辦呢？
如果這些小群體之間只有數量上的差別，通常，這一物種會分離成新的亞種。 但是在很多種情況下， 差異存在於雌雄兩性間——這讓新的物種形成變得幾乎不可能 （除非你能幹掉種群中所有的雄性，詳見 沒有雄性，靠無性繁殖“統治世界”，這種小龍蝦做到了！ ）。
於是，進化的結果為， 對雌性有利的基因與對雄性有害的基因鬥爭（反之亦然），最終達到了一種平衡 。 如今，科學家們在果蠅中發現了這樣的案例，不過這一次，他們找到了這場讓基因鬥爭能夠 “雙贏” 的解決之道。
果蠅裡的希臘之神
在這個例子中，戰爭發生之地為一段包含兩個基因——Apollo和Artemis（兩者分別取名自希臘神話中的太陽神和月亮女神）——的基因組。 這兩個基因不只是位置相鄰，他們在進化上也有同源性。 大約二十萬年前，一個祖先基因經過重複，誕生出了這兩個基因。 事實上，科學家們發現，還存在著一些祖先基因未重複的果蠅亞種，這些果蠅就只含有一個該類基因。
Apollo基因承載著重要的功能。 如果消除它，兩種性別的存活率會下降1/3，並且存活的所有雄性都絕育。 Artemis似乎殺傷力更小，但消除之後，所有的雌性會絕育。 由此我們可以得出，這段祖先基因在兩性繁殖中發揮著至關重要的作用；並且，由祖先基因經重複得到的兩個基因，分別對應著雄雌兩性。
不過令人驚訝的是，兩個基因的存在對於其相反性別是有一定傷害的。 雄性若無Artemis（對應雌性的基因），繁殖率竟會上升15%。 雌性的Apollo變異失去功能時，繁殖率會上升超過20%。 這說明， 當基因變異以不斷的適應雄性的需求時，會同時干預雌性的繁殖，反之亦然。
雌雄兩性的應對
要如何解決這種傷害呢？ 在黑腹果蠅（一種標準的實驗室用果蠅）中，我們發現Apollo在雄性生殖細胞中的活性遠遠高於雌性，同樣，Artemis在雌性中也具有更高的活性。
不過，我們還不清楚在上文提到的那個只含單個基因的果蠅亞種，要如何實現這種雌雄的平衡，畢竟不能讓這單個基因只遷就一個性別。 但是，我們在果蠅的其他亞種中發現， 有的祖先基因甚至重複了三次以應對性別差異 。 並且在這些情況中，兩個基因在雌雄兩性中的表達活性均差異顯著。
那麼這些基因的作用到底是什麼呢？ 科學家們測得了DNA序列，發現這些序列能翻譯出一種蛋白質，在細胞內形成纖維，構成了細胞的骨架。 在雄性中，Apollo轉錄出的這些纖維，在精子形成的最後一步——細胞分裂中發揮了巨大的作用。 而缺少Artemis的雌性所形成的卵子，通常大而不育。 並且這些基因還有一些其他重要的作用（還記得上文所述，1/3的果蠅因缺少該基因而死亡），人們尚未得知。
這兩個基因雖然同源性高，但在進化中產生了關鍵的差異 。 比如兩者翻譯出的蛋白質有數十個氨基酸的不同，並且這兩個基因在復制時各自有新加入或刪除的片段。 這種關鍵的差異（尚未確定）可能在大約五萬年前出現，由於其對果蠅非常有利，新基因迅速橫掃並改變了整個種群。
關於這類基因，很多細節有待研究，但是一整幅進化圖已經明朗。 這種機制還有望於在其他物種中也發揮作用，比如在哺乳動物中，卵子和精子的誕生也是兩種截然不同的過程，這期間雌雄兩性都需要著不同的蛋白質。
而基因重複也在生命體繁殖中非常普遍，我們可以通過對比孩子和父母的基因觀測到這樣的結果。 我們期待著進一步的研究，能為基因的奧秘揭開新篇章。
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編輯：王冠鴻 校審：黃珊
參考：
Nature Ecology & Evolution, 2018. DOI: 10.1038/s41559-018-0471-0 (About DOIs).
