科普时报记者胡利娟

性别由什么决定？部分动物性别受环境调控，比如一些鳄类的性别由孵化温度决定；人类则依靠遗传，属于XY型性染色体系统：女性为XX，男性为XY。鸟类却正好相反，雄鸟是ZZ，雌鸟为ZW。

同样依靠性染色体决定性别的物种，为何演化出XY、ZW两套不同系统？8月28日，浙江大学张国捷团队联合中国科学院昆明动物研究所施鹏团队，在《科学》杂志发表基于壁虎的最新研究，尝试解答这一谜题，并提出性染色体演化的“四阶段”假说。

壁虎：研究性染色体演化的完美样本

壁虎是研究性染色体演化的理想类群，其中既有温度依赖型性别决定物种，也包含XY、ZW两类遗传决定物种；性染色体演化跨度极大，既有新近形成的类型，也有分化程度很高的古老类型，为解析演化动因提供了优质材料。

研究选取22种壁虎开展分析，20个物种性别决定方式明确：3种温度依赖型、6种XY型、11种ZW型。样本覆盖壁虎科约70％已知的独立性染色体起源事件，能够充分展现该类群性别决定机制的多样性。

团队追溯演化史推测，壁虎祖先约在1.91亿年前与蜥蜴、蛇类分化，在白垩纪大灭绝前后迎来快速辐射演化。重建的祖先染色体显示，早期壁虎没有性染色体，大概率依靠环境决定性别。

发现：壁虎性染色体曾批量集中诞生

研究发现，20种基因型决定性别的壁虎，性染色体分别源自17条不同的祖先常染色体。即便起源于同一条祖先染色体，不同壁虎谱系里的性别分化区域也存在差异，说明这些染色体是各自独立演化成性染色体的。壁虎的性染色体多样性极高，如同在不同演化分支中被一次次“重新创造”，染色体形成时间长短悬殊，进一步印证了多次独立起源的特点。

研究还捕捉到一个关键现象：壁虎性染色体并非均匀出现，大量集中诞生于1200万—700万年前。这一时期恰逢中新世中期气候转型，全球降温、干旱加剧，栖息地持续破碎化，深刻重塑全球生态。剧烈的气温变化带来演化选择压力，推动物种从温度决定性别转向基因决定性别，形成了跨多个壁虎谱系同步发生的“性染色体诞生潮”。

XY还是ZW？染色体基因早有倾向

究竟是什么决定物种走向XY或是ZW系统？研究发现，祖先染色体自带演化倾向：若染色体富集睾丸偏好表达基因，更容易演化为Z染色体，最终形成ZW系统；睾丸相关基因偏少的染色体，则更易发展成XY系统。

为验证规律普适性，团队拓展至39个脊椎动物物种，覆盖羊膜动物15次、非羊膜动物24次独立性染色体起源。结果显示，该规律在羊膜动物中成立；但对鱼类、两栖类等非羊膜动物影响较弱，推测和这类生物体外受精、配子数量庞大，弱化了相关选择压力有关。

四阶段模型，还原性染色体演化全过程

研究提出性别决定系统演化的四阶段模型：

环境触发：气候剧烈波动，环境决定性别风险上升，基因调控性别逐步占据优势；

预定向：候选常染色体自带基因特征，预先决定未来走向XY或ZW；

逐步分化：染色体重组被抑制，慢慢分化形成X－Y、Z－W组合；

稳定固化：Y、W染色体持续退化，剂量补偿机制协同演化，形成稳定的进化约束，此后更换性别系统代价极高，多数物种因此长期维持现有系统。

这套模型打通古气候、基因组和染色体演化逻辑。脊椎动物五花八门的性别决定方式，不是偶然演化结果，而是环境压力和基因组特质共同塑造、存在一定可预测性的产物。

（文中图片由科研团队提供）