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饶有性趣(1):欲知异性恋 需懂同性恋

 社会上,常见关注男女间性关系,不过一般“知其然不知其所以然”;

科学上,稀有研究同性间性行为,却有助于揭示和理解生物学机理。

性向(sexual orientation)与性选择(sexual preference)是两个相关、但不完全相同的概念。性向是指一般稳定的、内心的对性追求对象类型的取向,性选择是可以观察到的外在行为。可以研究人类的性向和性选择,也可以研究动物的性选择。动物与人类性选择相关多高,动物的性选择与人类性向关系多紧密,目前皆无定论,对动物不好用同性恋、双性恋、异性恋等性向词汇。

为什么要研究同性性行为?为什么演化中存在同性性行为?性选择的原理是什么?

性向或性选择不是医学问题,而是一个自然现象。研究它们目的并非改变、更不是为了“治疗”性向和性选择不同的人,而是探讨其中科学奥秘。

从生物学来说,异性恋与同性恋是一个事情的两面,不存在相互独立的理解,理解同性恋是理解异性恋所必需,“同性恋的原理”也是“异性恋的原理”,它们不过是对同一个原理的两种说法,比如:观察到某个分子的缺乏导致双性恋、或同性恋,也就发现这个分子的工作参与异性恋。

性向或性选择的研究比较了遗传因素和环境因素。不过,有遗传因素并非简单地说儿子有同性恋是因为长辈是同性恋。因为遗传因素可以是多个基因的组合和相互作用,比如像爱因斯坦这样的天才科学家,其科学成就恐怕不是完全后天训练而成,也与从他父母来的遗传因素有关,但并非必需他父母表现为天才科学家。研究性选择过程中,遗传学还作为方法学起了重要作用,不仅研究基因的功能,也可通过基因而操纵细胞的活性。

在研究性选择的过程中,观察到对雌性无追求的雄性,把他和雌性关到一起,他绝对不要,专门等雄性,多么专一(至少在性别上专一,不过不挑剔不同雄性个体)。还看到对雌雄皆无性趣的雄性,中国有些古人仰慕的“坐怀不乱”恐怕很难说是人类的表率,还可能“成人不宜”。为什么“坐怀不乱”?这也是科学问题。

同性恋怎么没被演化淘汰

动物和人类同性间性行为发生率多高?

在已经研究过的动物群体中,很多都存在同性性行为,雄性中常有5-10%的个体有同性性行为,当然动物有些少于此数、有些高于此数。

研究人类性行为需要根据个人的报告,带来很大困难和不定。不同地区、时间、文化环境中,同性恋和双性恋的报告率不同,一般是百分之几。例如,1990年代初期美国的一个调查见:2.4%的男性、1.3%的女性自认为是同性恋,而一生中有过同性间性行为或认知的高达7.1%。这并非唯一的调查,因为自报受很多因素影响,不能断定是确切的数据。

同性恋为什么在动物中继续存在,为什么没有因为它减低生育而被进化所淘汰?这个问题,迄今没有确切的答案,不过有一些猜测认为同性恋在演化中可能有优势,而被保留下来。“同性恋有进化优势”表面上很奇怪,不过有多种可能,比如:在人和某些高等动物,可能同性恋自己没孩子、但更好地照顾兄弟姐妹的孩子,从而在同种进化中起有益作用;也可能同性恋的基因变化在不同性别起不同作用(一个基因变化在男性导致同性恋,而这个变化在女性导致更有生育力,这样在女性中传下这种变化);还有可能是有两套染色体、每个基因有两个拷贝的二倍体动物,有基因的剂量效应,一个突变和两个的突变效果不同(比如,单一突变增加生育力、两个都突变导致同性恋),等等。

同性恋是否有基因参与

答案是肯定的,不过目前并不清楚哪些基因影响人类性取向具体。

可以说,所有行为都一定有基因参与,只是不清楚多少基因参与某一特定行为、某个基因参与多大的程度、它参与的具体步骤和方式。有基因参与不等于说遗传起决定性作用,有基因参与更不排除环境的作用,而且基因和环境之间还可相互作用。在分子生物学迅猛发展几十年以后,相对而言比较容易研究基因参与,而很多环境因素迄今较难控制和观察从而不便研究。

研究人类表型的遗传因素有多种方法,如分析家族、领养、双生子。同卵双生的两个人基因相似性以前认为是百分之百,现在知道可能不是,不过很接近。而异卵双生两者之间基因相似性类似兄弟姐妹,低于同卵双生。推论遗传参与程度的标准方法是比较同卵双生与异卵双生之间的差别,理想的情况是比较分开抚养的同卵双生与在同一个家庭抚养的异卵双生之间的差别。当然,一般很难得到足够数量分开抚养的同卵双生子。双生子分析也有一定局限,比如,如果同卵双生子分别抚养的环境因为寄养父母的选择而实际很接近,其环境差别不能假定为完全不同,错误地将环境因素认为是遗传因素会高估遗传的贡献程度;而因为同卵双生之间有包括表观遗传对DNA表达的调控等原因可以造成低估遗传贡献。

自1950年代以来对同性恋的家族、收养和双生子调查,一般认为性取向有遗传因素。不过,这些调查有多个问题。比如,很多研究依赖在同性恋刊物上征求样本,取样有偏差;依赖受访者的自我报告,可以受不实报告影响;家庭成员之间不清楚性取向,不容易获得家族信息而分析比较相关性。

对人类性向的遗传因素研究最接近事实的结果,也许是2010年瑞典科学家Långströme等在《性行为文献》杂志上的文章。因为瑞典有很好的登记系统,他们在2005年到2006年无选择地调查当时全部在20岁到47岁的双生子,问他们的性向,然后分析同卵双生和异卵双生的差别,结论是:对于男性而言,对性向的影响34%到39%来自遗传贡献,未见共有的环境贡献,61%到66%为个体特异的环境贡献;对于女性,性向的影响18%到19%来自遗传,16%到17%来自共有的环境,64%到66%来自个体特异的环境。这些数据可能反映了遗传和环境因素对这个时代瑞典人性向的影响(至少是他们愿意报告的影响)。对于时代、地点、文化不同的人群,答案还没有这么清晰,虽然多个研究倾向于支持有遗传参与。

影响人类性向的基因

1993年,美国国立健康研究院(NIH)的Dean Hamer实验室首先试图找影响人类性向的基因。当时他们认为X染色体上可能有影响男性同性恋的基因。因为X染色体有母系遗传偏向(男的性染色体为X和Y,女性为X和X),如果影响同性恋的基因在X染色体上,可以解释为什么有些研究提示某些家族的男同性恋在母系亲戚中有高于一般几率的男同性恋成员。1995年,Hamer实验室进一步将怀疑的基因局限到X染色体上一个小区域(Xq28)。

1999年,Rice等不能证明Xq28与男同性恋的关联。

Hamer实验室在2005、2006还有论文继续寻找影响人类同性恋的基因。

迄今尚未能确定参与人类同性恋的基因。当然,注射性激素会影响性向,而性激素不仅改变性向,而且改变其他性行为、也改变与性相关的一些形态特征。并未证明性激素相关的基因变化是导致人类同性恋的原因。

研究影响人类同性恋基因变化的科学家很少。

坐怀不乱的动物

在低等动物果蝇,摩尔根的得意门生Alfred Sturtevant于1915年发表的论文是第一篇研究果蝇性行为的论文,描述了果蝇求偶行为的动作顺序。1963年,Gill发现了第一个造成雄果蝇性选择变化的基因。他当时只发表了两篇摘要,未发表全文。他发现的基因以后称为Fruitless(无果,调侃果蝇的英文俗称fruit flies)。“无果”表型是比较极端的特定突变所造成,导致雄蝇绝对不与雌蝇交配,就是给他成熟的、乐意交配的处女蝇,他也坚决不试图交配,宁可没有后代。他虽然觉得雌性索然无味,却对雄性兴趣盎然,试图与雄性交配。当然,他爬到雄的身上也还是“无果”,表现为“行为型不育”,有生育能力,但因不肯对雌蝇付诸行动导致不育。

基因是核苷酸成一定序列而成,一个基因可以有不同位点的突变。Fruitless的其他突变种,有不同、也可能多种表型。它们一般都不是严格的“坐怀不乱”,如果瓶子里只提供雌性,突变雄性也会将就交配雌性,只是他对雄性也挺有兴趣。如果缺失整个Fruitless基因,性行为完全缺乏,还缺失某些肌肉。Fruitless基因于1996年被美国和日本两个实验室所克隆,迄今仍为研究果蝇性行为的焦点。可惜的是,迄今未证明哺乳动物有fruitless同源的基因参与性选择,所以不清楚研究果蝇Fruitless基因最终对理解高等动物帮助有多大。

90年代以来,在果蝇中还发现了6、7个突变可以导致雄-雄求偶的基因,包括芝加哥大学龙漫远实验室2008年发现的一个基因和科学院上海神经所郭爱克实验室2008和2009年发现的一个基因。但是,要么它们在哺乳类动物没有相应的基因(所谓同源基因),要么不知道相应的基因是否参与哺乳类性选择。

老鼠里也出现过因为基因突变造成的坐怀不乱。2005年,美国旧金山加州大学的Mandiyan等发现如果用分子生物学剔除鼻子中表达的Cnga2基因,鼻粘膜失去嗅觉反应,这些老鼠毫无性趣,对同性异性都无动于衷,是几乎彻底的坐怀不乱派,说明对于老鼠来说,性趣并非能够自我发起,而需要嗅觉来激发。

嗅觉也是老鼠和很多动物识别其他动物性别和个体差异的主要、甚至唯一感官。Cnga2基因的产物对于感受很多嗅分子是必需的,缺失后对多种行为有影响,包括雄老鼠不打架了。Trp2基因的产物也在鼻子里,不过只在特定区域、只参与识别少部分嗅觉、特别是性别相关的外激素。美国哥伦比亚大学和哈佛大学两个实验室于2002年分别剔除Trp2基因后,发现老鼠难以辨别雌雄,所以在求偶时对性别的选择下降,原来雄鼠的雌/雄偏好选择比较高,剔除Trp2的雄鼠,雌/雄选择还有一些,但显著降低。

Trp2Cnga2的研究,显示哺乳类的嗅觉系统对于性行为和性选择很重要。在人类,尚有争议嗅觉是否参与性识别。曾认为,高等灵长类(如人)有了三种色觉细胞后,提高颜色分辨而发达了视觉,不再依赖嗅觉进行性识别。后来又有实验提示不能完全排除嗅觉的参与。当然,人不会因为闻不到就不结婚、也不会因此而不分男女,嗅觉缺陷的人不仅还有性趣,而且在性选择时保持对异性的偏好。所以,研究Trp2Cnga2仅限于外周神经系统,而且对理解人类性选择的意义也不清楚。

性选择的研究思路

研究什么问题?使用什么模型?采取什么策略和途径?使用什么方法?

我在国内读书时感兴趣的是神经系统功能。1985年到美国旧金山加州大学念研究生时,因为遗传学和分子生物学带来了发育生物学的崭新时代,我加入詹裕农、叶公杼两位老师的实验室学习用遗传学和分子生物学研究果蝇的神经发育,1991年到哈佛的博士后阶段转做脊椎动物神经发育,1994年到华盛顿大学独立后继续研究神经发育,从1990年到2009年发表了有关神经发育的基因及其作用机理方面的论文。2004年在北京生命科学研究所开始实验室后,思考下一步研究的问题,曾试图选可以包含基因、疾病和行为的问题,比如抑郁症,但因遇到定义动物抑郁症的困难而在一年努力后搁置。我读了亚当·斯密的书后,想研究社会地位,因为一个学生提议而改成研究打架行为。在研究果蝇打架的过程中,发现特定基因变化导致雄-雄求偶。在思考我们的发现、比较领域的现状后,认为我们也有特色可以研究果蝇性选择。我们差不多在同时也开始了研究老鼠的社会行为,本文将叙述2011年发表的雄鼠性选择分子机理研究。所以,现在实验室主攻方向是社会行为和社会认知的分子与细胞机理。

果蝇和线虫两者,我们选果蝇。虽然两者都可以做遗传学和分子生物学,果蝇的行为比线虫更为复杂,便利分子和细胞水平研究行为的工具也是果蝇多于线虫。我们也用老鼠,果蝇离人的进化距离远,而老鼠至少也是哺乳类。我们也开始了研究人类,不过起步的不是性取向而是其他社会行为与认知。

我们的研究途径是遗传学。作为方法学的遗传学,是通过产生突变个体,分析这些例外与大多数个体的异同,来发现适用于全体的一般规律。最简单是突变动物的某些基因,观察其表型,从而推论这些基因的功能。

研究策略是跟着基因找表型、还是跟着表型找基因?针对某个、或某几个基因,敲除它们、或从其他实验室要到敲除这些基因的动物来进行研究,优点是知道是什么基因、可以选容易理解机理的基因,缺点是可能猜错,而如果猜对了常常是因为已经有一些结果,这样的发现对理解的推动有限。由表型找基因是集中在特定表型,有时找到其背后的基因给人耳目一新的感觉,不过缺点是基因找到后,不一定能了解机理,我在研究生期间经历过用表型找到基因后感觉“有基因而缺机理”的痛苦。我的第一篇原始研究论文发现调控果蝇神经发育的基因,虽然1990年就发表在Nature,但迄今不知道其机理,缺乏机理的insight。这个基因称为“big brain”(简称bib),我花了几年克隆这个基因,得知其产物应该是跨膜蛋白。当时其他实验室用细菌的实验认为这类蛋白质是甘油的通透蛋白,1992年Peter Agre实验室发现水通道后(他因此获2003年诺贝尔生理奖),也可推论bib属于水通道蛋白家族。在果蝇胚胎发育早期,前体细胞变成什么细胞是从两种命运中选一种:成为神经母细胞和表皮母细胞之间有一个双向开关,非此即彼,而bib基因的产物控制这一开关。bib基因缺失后,表皮母细胞变成神经母细胞,表皮减少、神经系统扩大(名称的“big”源于此表型)。不过,即使基因和表型都知道二十多年了,还留有悬念:bib蛋白质如何控制细胞命运选择?“一朝被蛇咬、十年怕井绳”的我到2004年还害怕单纯跟着表型找基因。

研究是大规模筛选、还是集中于几个候选基因?果蝇有近两万个基因、老鼠更多。对基因进行无选择地突变,一个一个地筛选表型,这样比较全面、不带偏见。2001年诺贝尔奖得主Lee Hartwell于1960年代末用酵母进行遗传筛选,开创细胞周期的分子机理研究;1995年的诺贝尔奖得主Christiane Nüsslein-Volhard和Eric Wieschaus是1970年代末用果蝇进行遗传筛选,推进对发育的分子机理研究。这两组科学家都是筛选大批基因,看哪些参与特定生物学过程。1990年代前后,洛克菲勒大学Jeffrey Friedman实验室研究体重是通过找有肥胖表型鼠背后的单个基因,1950年Jackson实验所报道他们在1949年发现的自发突变造成的胖老鼠,1995年我介绍了Friedman实验室1994年底Nature报道瘦素的发现(http://blog.sciencenet.cn/blog-2237-3075.html),2010年他获Lasker奖。

筛选上万个基因、还是针对几个基因,这两种途径各有优缺点。我的选择是开始时先居中,先专注神经递质(neurotransmitters)相关的基因。神经递质是神经细胞之间、神经细胞与其他靶细胞之间传递信息的分子。常见的乙酰胆碱是神经导致肌肉收缩的信号,去甲肾上腺素是神经指挥血管收缩的信号。治疗高血压、心脏病的很多药物,都与抑制去甲肾上腺素有关,是以4个诺贝尔奖为代表的1910年代到1960年代一系列生理学和药理学研究的结果。

筛选参与行为和认知的神经递质相关基因的优点是:1)它们不过几十到几百个,数量不多,但并不局限于猜测一两个基因;2)而如果发现递质参与,较快提示机理;3)因为它们是细胞间的信息分子,可以顺藤摸瓜开始找神经通路;4)如果需要设计小分子化合物做药,人们有较多经验。所以,这四个优点说明研究神经递质相关基因,并非简单折中基因数量,而是有很好的道理。我们并非完全放弃通过筛选表型来找新的基因,以后肯定应该用果蝇筛。我们也还在追踪一个老鼠品系为何其雌性对雌雄气味偏好不同于一般雌性。

我们采用的研究方法最初是遗传学和分子生物学,不过,从开始就准备用多学科手段。现在实验室也建立了电生理、成像等我自己以前没使用过的方法、也用过其他方法。不拘泥于某种方法,敢于使用多学科交叉的研究手段,根据研究的需要学习和建立新方法,有利于我们集中于科学问题。

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哺乳类性选择的脑内神经递质

我在江西念大学时综述过神经递质组胺的英文文献,1983年发表在国内杂志;在上海念研究生时关注肽类神经递质。没想到二十年后回过头来做神经递质。当然,也可能没忘怀神经递质,有机会再做。

我在国外的实验室研究生和博士后平分秋色,国内实验室主力是研究生,最初来自科学院、协和、北师大,现在来自北大,刘琰和蒋云爱的实验是本文讨论的重点。

我们一方面专门收集果蝇现有的与神经递质相关的基因突变,包括合成酶、转运蛋白、受体等,收集到了就与我实验室的一种品系进行回交以统一遗传背景,去除背景干扰,专注突变带来的表型;另一方面,一位博士后带领技术员把编码神经递质及其受体的基因,一个一个做基因敲入,比剔除还好一些,以期一劳永逸地拥有针对所有G蛋白偶联受体(GPCRs)的突变和操纵工具。

老鼠里面,我们也收集了与神经递质相关的基因突变。我们最先收集的是与五羟色胺(5HT)相关的突变,原因是开始想过研究抑郁症,而流行理论认为5HT对抑郁症很重要。我在华盛顿大学工作期间认识麻醉系的陈宙峰,他研究5HT参与痛觉用了突变老鼠(具体是Lmx1b与Pet1交配导致Lmx1b基因条件性剔除),陈实验室2006年发表文章报道这种鼠脑内的不能形成大多数含5HT的神经细胞(称“5HT能神经元”)。我联系他要这种鼠,他的博士后此前已回国在上海做研究员,陈宙峰授权后我们较快从上海获这种鼠。我们联系了美国多个实验室收集5HT受体的突变种。我在研究过程中,发现还可能做更好的突变鼠:5HT在脑内和脑外都有合成,但用不同的酶,其中Tph2只在脑内而Tph1在脑外,所以我与陈宙峰email谈再做剔除Tph2基因的鼠。当时还没有,后来几个实验室独立做了Tph2剔除,我们用陈宙峰实验室的。

用神经递质相关的突变果蝇,我们起初检测它们是否影响打架,基本模型是把两个雄果蝇放在同一实验空间,观察它们打架。当我们把两个同样含有5HT相关基因突变的雄蝇放在一起时,出现雄-雄求偶。当我们把基因突变的雄蝇与基因未突变的雄蝇放在一起,发现是突变的雄蝇追未变的雄蝇,而未变的雄蝇并不追突变的雄蝇,所以突变造成性选择的问题,而不是突变了的雄蝇吸引未突变的雄蝇。其后,一系列的工作解析其参与的分子和细胞。这些工作我在学术报告讲过一些,不过迄今尚未发表。我不赞成保密研究结果,特别是好玩的结果,与人分享不亦乐乎还来不及。

我们拿到不能形成脑内5HT神经元的老鼠后,用典型的抑郁症检测方法,没发现这些老鼠有抑郁症的“症状”,后来知道至少还有3个实验室也没发现,与流行的理论很不一致,不过几个实验室好像都没有发表这些阴性结果。而我的研究生看到实验室做果蝇的人在做打架,也检测雄鼠打架,把两个缺5HT能神经元的雄鼠放在一起,没有料到:未见打架变化,却出现雄-雄骑跨。以后一系列实验显示,缺乏5HT能神经元的雄鼠没有性选择。当笼子里住一个5HT能神经元如常的雄鼠几天以后,给他提供一个雄鼠、一个雌鼠,他自然欢喜追逐雌鼠、爬到雌鼠身上试图交配;而缺乏脑内5HT能神经元的雄鼠,有些追雌、有些追雄,追上雄的也试图交配,不过很难有结果。所以,缺乏5HT能神经元的雄鼠对雌/雄的选择有缺陷。

 

这种鼠同等追求雌/雄的表型,无需活体的靶老鼠对他进行行为反馈。我们观察到:如果把雌/雄的尿液分别涂抹到一张玻璃片的两端,脑内有5HT能神经元的雄鼠嗅雌尿多于雄尿,而缺乏5HT能神经元的雄鼠同等地嗅雄尿和雌尿。所以雄鼠的问题无需靶鼠的行为反馈,不是被引诱或者强迫而犯错误,是自主决定。我们另一实验也支持这个结论:正常雄鼠面临雌鼠时,会发出超声的情歌,而碰到雄鼠不会;缺乏5HT能神经元的雄鼠,无论给他雌鼠还是雄鼠,对象即使被麻醉了,他都唱超声情歌,所以,他对雄鼠唱情歌也是心甘情愿。

我们还检测了这些老鼠是否有嗅觉的变化。如果有,那么可能与外周的Trp2突变对性选择影响的机理相似。我们几个实验的结果显示,缺乏5HT能神经元似乎不影响嗅觉,这种雄鼠对一般食品、天敌嗅觉如常,而且能够分辨雌雄尿液:我们向北京生命科学研究所的罗敏敏实验室学习,用一个T迷宫,左右两侧各吹不同气味,如果被试鼠进到一侧会被电击,到另外一侧不会。结果发现,缺乏5HT能神经元的老鼠也能学会避开与惩罚相关的(雌或雄性尿液的)气味,表明脑内5HT能神经元不影响对雌雄气味的识别。另外,如果嗅觉改变,应该性选择和打架都会变。确实参与嗅觉的Trp2Cnga2的缺失后,性行为变了、也不打架了。但是,缺乏脑内5HT能神经元的鼠,只有性选择变化、而无打架变化。多个实验的结果,加上我们研究的老鼠被去除的是脑内的5HT能神经元,从多方面支持5HT能神经元作用是在中枢神经系统内控制性选择的行为,而不是在外周、不像是通过影响嗅觉。所以,这些研究揭示了脑内调控性选择的细胞机理。

 

分析缺乏5HT能神经元是研究这些神经元的作用,不一定是其所含5HT分子的作用,有些神经元可含不止一种神经递质。我们在成年老鼠用5HT合成的抑制化合物,也观察到性选择缺失,支持5HT分子参与性选择。因为药物抑制剂可能特异性不够,我们再用陈宙峰实验室剔除Tph2的鼠,其5HT能神经元还在,但因缺乏5HT分子。我们用一系列实验对比Tph2正常和缺失的雄鼠,发现Tph2剔除雄鼠也缺乏性选择,同等追求雌雄靶鼠,提示5HT分子参与了性选择。

缺乏5HT神经元和剔除Tph2的老鼠都是从来就没有5HT能神经元、或5HT。那么,这些神经元、或5HT分子可能间接影响其他神经元的发育和功能,也就是说缺乏它们的鼠的性选择表型可以是间接的。在成年鼠注射5HT合成的抑制剂也绕开了发育,也观察到表型就说明5HT的作用不是通过发育而间接影响性选择。

我们一组实验发现5HT有剂量效应。通过注射化合物导致正常雄鼠脑内5HT浓度升高,可以抑制性行为,包括雄性对雌性的追求。而雄鼠脑内5HT远低于正常的时候,雄鼠并非简单地增加性行为,而是出现选择变化,对雄性和雌性都追求。

有人提出过打架和求偶必定矛盾,一种行为多、另外一种就少,调节其中一种行为的分子、必定也调节另外一种。我们在老鼠的实验不支持这种说法。缺乏5HT能神经元、或缺乏5HT的雄鼠,性选择改变了,而打架无异于5HT能神经元正常、5HT正常的雄鼠。所以,在老鼠中,打架与求偶没有必然关系。有一种说法认为雄-雄骑跨是雄性动物显示社会地位,而不一定是性行为。我们用了另外一种方法检测缺乏5HT的鼠是否社会地位有变化。老鼠社会地位的简便检测是撒尿:两只老鼠分别放到隔开而相邻的两个笼子,他们可以看见、闻到对方,但不能身体接触。正常雄鼠会在自己的地盘撒尿,先前没接触过的两个老鼠,进到笼子里,撒尿撒的到处是;如果先前打过架分了高低,进到笼子后地位高的到处撒、地位低的撒的少而且分布在角落里。我们发现,缺乏5HT的老鼠,无论那种情况都不太撒,即使打架赢了也不显示社会地位。所以,推论这种不显摆的鼠不会是为了显示地位而骑跨其他雄鼠,还有可能他们对社会地位不太敏感。

5HT有多个功能、参与多个行为。是否因为5HT参与其他行为、而间接影响性选择?缺乏5HT有多个表型,比如,我们观察到这些老鼠睡眠有问题。怎么排除这些作用是5HT的直接作用、而性选择是间接作用?研究生做了一个很漂亮的实验。已知5HT在体内合成需要两个步骤,第一个步骤是Tph2将色氨酸代谢成5HTP,第二步其他的酶将5HTP代谢成5HT。在敲除Tph2导致无5HT合成后,我们给成年老鼠注射中间产物5HTP,它可以绕过Tph2而合成5HT,结果我们不仅观察到5HTP能够提高剔除Tph2的老鼠脑内5HT浓度,而且可以纠正其表型:Tph2剔除的雄鼠无性选择,而注射5HTP后约半小时,其雌雄同等追求的表型消失、偏好雌鼠。有了这些结果后,如果还认为5HT对性选择的作用是间接的,那么中介的必需在半小时内发生。这就排除了很多其他可能,比如不可能是通过睡眠而影响性选择,因为半小时内来不及纠正一夜睡眠的问题,也不可能是通过抑郁症的改变,因为抑郁症治疗需要很长的时间。在行为神经生物学中,一般认为某些基因参与某种行为(如学习记忆),并没有、或极少做过实验能在短时间逆转遗传突变的表型。所以,5HT直接参与性选择的可能性,高于绝大多数其他号称某个分子参与某个行为的可能性。这个实验强烈地支持5HT分子在成年脑内调控性选择。

以刘琰和蒋云爱为共同第一作者的论文发表于2011年,揭示了鼠脑内5HT分子和5HT能神经元在中枢调控性选择的作用。

我们的研究为理解哺乳动物性选择的机理提供了分子切入点,刺激有趣的思考、好玩的实验。

 

进一步阅读

Billy JOG, Tanfer K, Grady WR and Klepinger DH (1993). The sexual behavior of men in the United States. Family Planning Perspectives 25:52–60.

 

Långströme N, Rahman Q, Carlström E, Lichtenstein P (2010). Genetic and environmental effects on same-sex sexual behavior: a population study of twins in Sweden. Arch Sex Behav39:75–80.

 

Hamer DH, Hu S, Magnuson VL, Hu N and Pattatucci AML (1993). A linkage between DNA markers on the X chromosome and male sexual orientation. Science 261:321–327.

 

Hu S, Pattatucci AML, Patterson C, Li L, Fulker D, Cherny S, Kruglyak L and Hamer DH (1995). Linkage between sexual orientation and chromosome Xq28 in males but not females. Nature Genetics 11:248–256.

 

Rice G, Anderson C, Risch N, and Ebers G (1999).Male homosexuality: absence of linkage to micro satellite markers at Xq28. Science284:665–667.

 

Mandiyan VS, Coats JK, and Shah NM (2005). Deficits in sexual and aggressive behaviors in Cnga2 mutant mice. Nat Neurosci 8:1660-1662.

 

Stowers L, Holy TE, Meister M, Dulac C and Koentges G (2002). Loss of sex discrimination and male-male aggression in mice deficient for TRP2.Science 295:1493-1500.

 

Leypold BG, Yu CR, Leinders-Zufall T, Kim MM, Zufall F, Axel R (2002). Altered sexual and social behaviors in trp2 mutant mice. PNAS 99:6376-6381.

 

Sturtevant AH (1915). Experiments on sex recognition and the problem of sexual selection in Drosophila. J. Anim. Behav. 5:351–366.

 

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发表于2012年第五期《科学文化评论》



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