新的证据正在向最古老的遗传学定律发起挑战。

 

　　在传统意义上，科学家们认为的受精过程是这样的：在受精过程中，数以百万计的精子同时奔向等待在终点的卵子，这场游戏的最终结果是赢家通吃。然而，由于某些精子尾部形态畸形或缺失以及其他缺陷，很多精子停滞不前甚至从未离开过起跑线；还有一些精子缺乏足够的能量完成穿越雌性生殖道的漫长旅程，或者被生殖道内粘稠的液体阻碍从而无法到达终点。总之，只有最强壮的游泳者才能通过重重障碍。只有极少部分的精子能够完成这一旅程，而最后究竟谁是胜利者还将取决于最后的冲刺。精子能否通过重重阻碍最终获得胜利是随机的，卵子只能被动地等待，直到精子界的迈克尔·菲尔普斯（Michael Phelps）最终到达。

 

　　西北太平洋研究所的首席科学家乔·纳多（Joe Nadeau）正试图挑战这一定论。随机受精可以保证后代基因组合具有特定的比例，但是乔·纳多在自己的实验室中发现的两个特例表明：受精可能不是随机性的，因为他们发现某些配子基因的配对比例远超过随机配对比例。在排除其他明显不适合的解释之后，他只能得出以下结论：受精根本不是随机的。“这是一种会选择伴侣的配子。”乔·纳多说。

 

　　他提出假说认为：卵子可以主动吸引具有特定基因的精子，也能拒绝一些具有其他特定基因的精子。长期以来，科学家们一致认为卵子是一种顺从的、温顺的细胞。相反，科学家们现在将卵子视为繁殖中平等和活跃的参与者，这为最重要的生命过程（受精过程）增加了进化控制与选择的层次。

　　雌雄性别淘汰理论与查尔斯·达尔文一样古老。在物种起源方面，达尔文以孔雀华丽的尾巴和麋鹿的巨大鹿角作为例子，说明这些特征可以帮助雄性炫耀从而来增加它们对雌性的吸引力的。在接下来的一个世纪中，生物学家们聚焦于性别选择在交配事件中可能起作用的各个方面。交配后，此时雌性已经做出了选择，唯一的竞争便是精子游到卵子中。

　　1991年，纽约大学的人类学家埃米莉·马丁（Emily Martin）在一篇论文中提出：在生殖过程中，男性起主导作用曾经是生物学家普遍公认的。

 

　　然而，从20世纪70年代开始，科学开始逐渐改变这种刻板印象。他们越来越发现“卵子和精液能做的事是不可思议的。”现任职于史密森热带研究所的行为生态学家威廉埃·伯哈德（William Eberhard）记录了雌性可能影响雄性受精的所有因素。虽然这是一个很长的清单，但科学家们仍然不能非常肯定他们是否已经记录了一切因素。这些发现的迟来并不仅仅是因为性别歧视。比如说，两头海象使用象牙进行决斗很容易被观察到；但观察雌性生殖道中的精子与卵子之间的捉迷藏游戏却难得多。

 

　　对于那些受精过程发生在体外的一些物种而言，雌性产的卵通常会被厚厚的富含蛋白质的卵巢液包裹着。英国东安格利亚大学的马修·盖奇（Matthew Gage）2013年进行的实验表明，这种液体含有吸引正确的精子的化学信号。他们从鲑鱼和鳟鱼中提取卵子并分别与这两个物种的精子混合，结果发现卵子与他们自身精子成功受精的概率是70%，这远远超过了随机混合的比例。

 

　　“精子在不同的卵巢液中表现不同，它们在自己同种类的卵巢液中确实表现更好。”马修·盖奇说。

 

　　体内受精的雌性生物也有自己独特的方法，伯哈德称之为“神秘雌性选择”的权益。有些雌性的生殖道错综复杂，这些都足以阻碍除了最强壮的精子以外的精子。有一些雌性动物（据生物学家估计是绝大多数物种），包括许多种类的爬行动物、鱼类、鸟类、两栖类，可以与不止一个雄性动物交配，而且可以将精子储存几个月甚至几年，而且可以改变储存环境以便选择喜欢的雄性。许多雌性鸟类――包括家养鸡――可以在交配后甚至自主地将精子排到体外，从而使它们倾向于选择自己偏爱的雄性。

 

　　然而，所有这些策略都只是为雌性提供了选择雄性精子的机会。在射精过程中，哪些精子能与受精卵结合似乎仍然是偶然的。

　　事实上，受精的随机性隐含在分离定律中――最早可以追溯到格里戈尔?孟德尔的遗传学第一定律。父母各自携带着一套基因的两个副本，在配子形成的过程中被随机分成只携带一个基因副本的配子。这就是许多学生在高中生物学习中学习到的知识。如果父母双方都是杂合子，意思是如果他们都携带不同相对性状的一对等位基因，那么他们的后代有一半将是杂合子。而且1/4的后代将是隐性基因的纯合子，另外1/4的后代则是显性基因的纯合子。

 

　　然而，这些概率只有在受精是完全随机的情况下才能实现。如果卵子或精子能以某种不为人知的方式影响受精过程中的其他配子，那么这些概率可能会大不相同。这在2005年引起了乔·纳多的注意，这种显著的差异是什么引起的呢？当他开始研究两种具有特定基因的老鼠的遗传性状时，这些概率与理论概率完全不符。在他位于西雅图的实验室中，他开始怀疑：孟德尔是不是也可能出错了呢？

 

　　当然，乔·纳多并没有质疑孟德尔。相反，他想知道这两种基因（APOBEC1与DND1）是如何影响睾丸癌的风险。乔·纳多和他的博士生詹尼弗·泽赫尔（Jennifer Zechel）将携带一个正常副本的DND1基因和一个突变的DND1基因的雌鼠与携带杂合的APOBEC1基因的雄性小鼠交配时，子代的基因型的比例竟然又遵循孟德尔的规则。至此一切看起来还不错。但当他们在进行逆转杂交时（APOBEC1杂合子的雌性子一代与DND1杂合子的雄性子一代杂交），事情变得奇怪起来：他们发现，只有27%的后代携带有DND1突变，APOBEC1突变，或者双突变，但是根据孟德尔的定律应该达到75%，实际结果与他们预想的比例差异很大。

　　作为一个研究了几十年的遗传学研究人员，乔·纳多知道有无数的因素可能会影响孟德尔定律的概率。如果受精卵中携带有两个突变的隐性基因，胚胎可能会在发育早期死亡。这样就会改变胚胎致死突变纯合子的比例，但同时也将减少每窝小鼠幼崽的平均数。然而事实上，在乔·纳多和詹尼弗·泽克拉的实验中，所有的小鼠都与标准的产仔数一致，他们并没有发现任何证据表明胚胎在受精后早期死亡。

 

　　乔·纳多认为问题或许出在精子上，而不是卵子。因此，他将携带突变基因的和携带不变异基因的雄性小鼠与健康无突变的雌性小鼠交配，结果发现雄性小鼠的生育能力没有差别，而如果突变影响精子的形成，这两类小鼠的生殖能力应该有明显的差别。经过一步一步地分析及实验验证，乔·纳多和他研究团队排除了种种因素，最终有一个可能的因素：在受精过程中，卵子和精子对突变基因型有遗传偏见，他们会主动避免有突变的基因型。

 

　　不仅，乔·纳多做出了这样的推测，其他研究人员也已经研究过这一点，于是他查找了科学文献。虽然他能找到许多关于无法解释的后代出生比例的相关文献，但文献中并没有人对受精过程中出现的基因偏好做出严肃认真的解释。

 

　　“每个人都用胚胎致死来解释这一现象，因为我们只看到我们愿意看到的，只愿意用我们所知道的原因来解释这一现象。”乔·纳多说。

 

　　乔·纳多发现的一个例子是艾伯塔大学的癌症研究员罗斯琳·戈德布特（Roseline Godbout）实验室的报道。

 

　　戈德布特研究组研究了一种被称为DDX1的蛋白质在视网膜母细胞瘤发生中的作用，视网膜母细胞瘤是一种具有高度遗传性的儿童期高发癌症。

 

　　携带一个副本的DDX1功能缺失基因的小鼠（但是他的另外一个等位基因是有正常功能的）具有正常和健康的表型。当戈德布特和德文·杰曼（Devon Germain）使用这种雄性和雌性的杂合子小鼠繁育时，他们发现没有携带功能双缺失的DDX1的子代，根据孟德尔定律这种子代应该占25%的比例。目前，德文·杰曼在维也纳的麦克斯·佩鲁茨（Max F.Perutz）实验室做博士后。鉴于DNA复制过程中基因的重要性，这种现象的发生或许并不奇怪：没有携带功能双缺失的DDX1的纯合子代可能在受精后不能存活。戈德布特和德文·杰曼确实也发现低于预期数量的携带功能双缺失的DDX1的纯合子代的现象。一系列复杂的杂交实验之后，研究人员把原因归结于在实验过程中DDX1基因发生了一种罕见的基因突变。

 

　　乔·纳多并不相信这一解释，他写信向戈德布特询问是如何证实DDX1基因功能双缺失的纯合子是在胚胎期死亡的，他得到的答复是他们没有做这个实验。同时，他还询问他们是否认为在受精过程中会有基因方面的偏好从而影响子代，卵子是不是会自主选择与DDX1基因型的精子结合来影响子代。

 

　　“我们当时真的认为这只是一种奇怪的遗传模式，”德文·杰曼回忆道。“那时我们还没有考虑这是非随机的受精过程。”

 

　　后来，德文·杰曼一时心血来潮，决定梳理一下实验过程中所有的原始数据。在查看实验结果的过程中，他想起了乔·纳多曾经在电子邮件里与戈德布特讨论过的问题。他越琢磨实验数据，越觉得在受精过程中基因有选择性偏好是最合理的解释。

 

　　很少有科学家把基因的偏好性选择考虑到受精过程来，这让乔·纳多倍感沮丧，于是他以“配子会求爱吗？”为题写出了他的假说，并发表在《遗传学》杂志上。他说，他的目标是促使更多的研究者进入这个领域，从而更快地确定卵子和精子的相互作用以及如何改变受精过程。

 

　　“我们被先入为主的观念蒙蔽了双眼。这是一个影响受精过程的超乎寻常的思考方式。”乔·纳多说。

 

　　马尼尔等科学家认为乔·纳多的假设非常有趣，甚至可能非常合理，但是他们同时指出，没有人有任何证据表明这一过程是怎样产生的。

　　一种说法认为：维生素B的新陈代谢会在精子和卵子上形成重要的信号分子，比如叶酸。乔?纳多实验室的研究表明，这些分子在受精过程中发挥着巨大的作用，他认为某些信号基因的异常可能会改变精子和卵子相互吸引的程度。

 

　　另一种猜想认为：精子出现在雌性的生殖道内时，卵子通常还在进行最后的分裂。精子发出的信号可能会影响这些细胞分裂，并且可能会使细胞变成卵子的某些特性受到影响。

 

　　无论这一机制如何，这项工作都挑战了雌性在受精过程中只是被动接受的普遍观点。

 

　　西澳大利亚大学的进化生物学家勒妮·弗曼（Renee Firman）说：“长久以来，雌性被视为没有选择权只能被动接受的对象，但事实证明雌性在受精过程中也有主动控制权。”

 

　　“试图找到数据来支持或反驳这个假设是具有挑战性的。”马尼尔说。这将取决于精子内的基因是否会影响表面分子的具体表现，以及卵子能感知到的差异程度。如果要弄清这些机制，需要对单个精子细胞进行详细的生化特征研究，并对它们进行基因组测序分析。

 

　　当乔·纳多在会议上展示他在小白鼠身上的研究结果和假设时，很多人提出质疑。对弗莱德哈钦森癌症研究中心的遗传学家和病毒学家哈米特·马利克（Harmit Malik）来说，他认为这种情况只有夏洛克?福尔摩斯才能解决。

 

　　“如果你已经排除那些不可能性，那么剩下的是什么呢？不管它看起来多么不可能，都一定是事实。”他打趣道。