往東京以西一小時車程，是一條名為相模川的河流流經的地方。30年來，為了了解生物是如何進化成不同性別的，東京大學的副教授野崎久義（Hisayoshi Nozaki）總是前往這條河流收集藻類樣本。
最近，野崎教授與他的團隊通過分析於2007年和2013年間，從相模川沿岸的相模湖和津久井湖採集到的藻類樣本，發現了一種神奇的淡水藻類——這種藻類名為Pleodorina starrii，它們進化出了三種不同的性別，可以全部兩兩成對進行繁殖。
2013年，與野崎副教授合作的研究學生從相模川流域的相模湖收集藻類樣本。｜ 圖片來源：Hisayoshi Nozaki
這項新的發現於近期發表在了《進化》雜誌上。
在世界各地的神話故事中，都有雌雄同體的身影存在，這是古代人類的三種性別表型（雌性、雄性、雌雄同體）之一。三種性別共存的情況或許聽起來怪異，但實際上這在自然界的開花植物中是比較常見的，只是在動物中較為罕見。目前，科學家只在一些無脊椎動物中發現過這樣的情況。而新的研究結果所代表的是三種性別在藻類（或者說真菌）中的首次出現。
從生物學的角度來看，三種性別現象與已知的雌雄同體略有不同。在通常情況下，具有兩種性別的物種的個體會因為不正常的基因表達，而同時產生雄性和雌性生殖細胞；而那些具有三種性別的植物和無脊椎動物則是因為正常的基因表達。
早在十幾年前，生物學家就已經知道Pleodorina starrii的存在，但一直以來它們並未得到詳細的研究。Pleodorina starrii是32或64個細胞的生物，它們有著小小的可移動的雄性生殖細胞，以及較大的不移動的雌性生殖細胞。
在進化過程中，遠古生物的生殖細胞在外觀上是相似的，它們被稱為正負性細胞，而不是雄性或雌性。最近進化出的物種通常在生殖細胞之間有巨大的差異，比如人類會產生大大的卵子和小小的精子。
2006年，野崎從來自相模川水系的綠藻Pleodorina starrii中發現了一種新的雄性特異基因「PlestMID」，他將其命名為OTOKOGI，在日語中的意思是「雄性」。自那之後，科學家便開始對這種綠藻產生了興趣，並認為Pleodorina starrii可以成為研究性別進化的有用模型。
2010年，野崎與團隊又在Pleodorina starrii中發現了一組只有雌性的基因，他們將其命名為「緋紅色的牡丹」（HIBOTAN），這個名字與20世紀60年代的一部日本電影有關，電影中的女主角身上紋有一朵紅色的花朵。這些更早時期的發現讓野崎推測，Pleodorina starrii具有雄性和雌性的雌雄異體交配系統。
然而，在新的研究中，他與團隊通過對相模川水系進行長期的實地調查，發現了兩個兩性Pleodorina菌株在無性系培養中產生了接合子。經過遺傳學分析和更多的交配試驗，研究人員最終得出結論，Pleodorina starrii有一個「兩性因子」基因，它可能位於一個與OTOKOGI和HIBOTAN性別基因分開的染色體上。
換句話說，Pleodorina starrii藻具有雄性、雌性，以及第三性別——兩性，且這種第三性別可以在基因正常表達的情況下，在一個單一的基因型中產生雄性和雌性生殖細胞。
在實驗室中，研究人員觀察到綠色的Pleodorina starrii在球形的細胞群落中與其他的和它們有著相同性別的個體一起生長。雄性的細胞群可以通過它們釋放到水中的一股股清晰的精子識別出來。這些精子會游來游去，直到它們撞擊到一個雌性群體，然後分裂成單個的精子細胞，進入到單個的雌性細胞中，一起結合產生下一代。
顯微鏡下游動的Pleodorina starrii。｜ 圖片來源：Hisayoshi Nozaki
在這些不同的細胞被隔離狀態下，不同的群落會進行無性繁殖，形成具有相同基因型的克隆細胞群。在實驗中，研究人員將不同的細胞群落分開，然後剝奪它們的營養，迫使它們進行有性繁殖。一種被隔離的性別群體可以與另一種被隔離的性別群體混合，研究人員可以從它們產生的後代的性別比，得出與性別決定有關的有用線索。
研究人員總結道，在基因上為兩性的Pleodorina starrii的細胞中，同時具有OTOKOGI和兩性因子基因，但當它們與其他Pleodorina starrii進行有性繁殖時，便可以產生正常的雄性或雌性Pleodorina starrii細胞群落。雄性的Pleodorina starrii只有OTOKOGI雄性基因；而雌性的Pleodorina starrii既可以只有雌性型HIBOTAN基因，也可以同時具有HIBOTAN和兩性因子基因。他們懷疑兩性因子可能只在「雄性」的OTOKOGI存在時才活躍，但若想要更進一步地了解這些基因，還將需要進行更多的實驗。
野崎認為，他們之所以能做出這一發現，都歸功於他們對藻類進行了非常長期的實地採集、種植和研究。他說：「持續、長期的研究對於揭示自然界物種的真實本質來說非常重要。」
#創作團隊：
文：糖獸
#參考來源：
https://www.u-tokyo.ac.jp/focus/en/press/z0508_00186.html
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1111/evo.14306
#圖片來源：
封面來源：Kohei Takahashi
