每個人的體細胞内都有23對染色體，一半來自父親，一半來自母親。我們又會将這些染色體通過減數分裂，讓其中一半進入生殖細胞，傳給下一代。依照教科書上的遺傳學經典定律，一對染色體的分配過程是随機的，每一條染色體都有50%的機會，非常公平。

但随着分子生物學的發展，人們對減數分裂有了更詳盡的認識。科學家們通過觀察和分析，發現了一個奇怪的現象——表面上情同手足的染色體，背地裡似乎有着競争關系。有一些染色體能略勝一籌，更容易進入生殖細胞，将自己的基因傳遞下去。難道說，教科書上的知識已經過時，需要更新嗎？

▲Michael Lampson教授團隊的研究要對教科書内容作出修改了（圖片來源：賓夕法尼亞大學官方網站）

是的！本周，來自賓夕法尼亞大學（University of Pennsylvania）的Michael Lampson教授與他的團隊用無可辯駁的事實證明，一些染色體會“欺騙”細胞，打破平衡，增加自己進入生殖細胞的概率，背後的機制則涉及一類自私的基因元件。這篇颠覆性的論文發表在了《科學》雜志上。

“通常我們認為自私的基因隻發生在自然選擇層面，讓自然挑選出最适合生存的個體。這意味着能讓你活更久，生出更多後代，或者更容易殺死敵人的基因更容易得到傳承，” Lampson教授說道：“但基因在自身層面也可以變得自私。為了進入合子，基因會相互競争。盡管我們有證據表明這會發生，我們一直沒有真正弄明白它是如何發生的。”

▲“自私的基因”是著名學者道金斯教授提出的概念，幾十年過去了，它依舊有鮮活的生命力（圖片來源：亞馬遜）

在這項研究中，研究人員的實驗對象是小鼠的卵母細胞。這類細胞在減數分裂時，子細胞會有兩種截然不同的命運：一類子細胞會最終成為卵子，将染色體上的基因傳給後代；另一類子細胞則會成為極體，它們最終會被降解。這款模型能讓科學家們一眼看出哪些染色體的競争力更強，更容易進入生殖細胞。

研究人員們推測，染色體是進入卵子還是進入極體，最終還是要取決于細胞分裂的分子機器——紡錘體。這類結構由大量微管組成。研究人員發現，在顯微鏡下看似公平、對稱分布的微管，在實質上有着很大不同：形成卵子的那一側，微管上的酪氨酸修飾較少；而在形成極體的那一側，酪氨酸化的微管顯著更多。這一奇妙的現象由細胞内的CDC42蛋白所決定。

▲紡錘體中的微管看似對稱，生化本質有着很大不同（圖片來源：《科學》）

先前，一些研究表明染色體上的着絲粒尺寸可能會影響到染色體的“競争力”，決定哪些染色體能最終進入生殖細胞。有意思的是，着絲粒正是染色體和紡錘體微管相結合的區域。這一下子就把先前的發現和研究人員的最新觀察結果聯系到了一塊兒。難道說，這些微管修飾水平的不同，竟然是決定染色體往後代傳遞的關鍵？

為了驗證這個想法，研究人員構建了一種特殊的小鼠模型。它們體内一半染色體的着絲粒較大，一半染色體的着絲粒較小。依照先前的研究，着絲粒較大的染色體更容易得到傳承，這一結果也得到了重複。而當研究人員們突變掉細胞内的CDC42基因後，生殖細胞對大尺寸着絲粒的偏好消失了。這說明由CDC42負責的紡錘體微管不對稱修飾，的确是染色體展現自私本質的關鍵。

但讓研究人員們百思不得其解的是，在減數分裂中，無論染色體的着絲粒是大是小，它們最初聯會的過程是随機而公平的。一些染色體又是如何自私自利，在減數分裂中搶占有利位置的呢？

▲為了搶占有利位置，着絲粒較大的染色體也是蠻拼的（圖片來源：《科學》）

使用實時攝影技術，研究人員們發現，那些着絲粒較大的染色體一旦發現自己的位置不利，就會與酪氨酸化的微管斷開聯系，然後努力翻轉到細胞的另一邊，試圖勾搭上去酪氨酸化的微管，給自己安排一個美好的未來。那些着絲粒較小的染色體則比較樂天安命，無論自己處于細胞的哪一邊，都默默接受了自己的命運。最終，它們也更可能被時光所淘汰。

“如果你是一個自私的着絲粒，并發現自己對着錯誤的方向，你就需要趕緊松手，跑到另一邊去，” Lampson教授說：“隻有這樣，你才能赢。”

▲同期《科學》雜志專文介紹了這項研究（圖片來源：《科學》）

《科學》雜志對這項研究有很高的評價。同期的評論文章認為這是目前為止最為詳細的分子機制，用來解釋DNA序列如何能夠決定自己在減數分裂中的命運，并傳遞到後代中去。未來，Lampson教授與他的團隊計劃進一步闡明着絲粒中決定染色體命運的關鍵。

物競天擇，适者生存。在我們出生之前，染色體尚且需要依靠競争才能上位。作為體内這些染色體的宏觀代言人，我們還好意思不努力嗎？

參考資料：

[1] Spindle asymmetry drives nonMendelian chromosome segregation

[2] Competing chromosomes explain junk DNA

[3] How chromosomes 'cheat' for the chance to get into an egg

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