《自然》：“一夫一妻”还是乱交？这种不起眼的细胞，彻底改变了行为
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学术经纬约 5 分钟
学术经纬约 5 分钟在现代人类社会中，忠贞的夫妻关系很重要。但在动物界，“一夫一妻”制却并不常见。或许是为了增加自己的基因成功传递的几率，大多数动物都会与多个个体交配。一种动物专一与否，究竟是由什么决定的？
在啮齿动物里，就有一个令人费解的奇怪案例。 白足鼠 属（ Peromyscus ）是一类主要生活在北美洲的老鼠。多数白足鼠的交配可以说是相当混乱，以北美洲分布最广的啮齿动物 鹿白足鼠（ P. maniculatus ，俗称鹿鼠） 为例，其一窝幼崽可能有4个不同的父亲。但在白足鼠中， P. poliionotus （俗称oldfield鼠） 是个特例， 这个物种一生践行“一夫一妻制”。
同样是啮齿类近亲，为什么交配行为会截然不同？近期，这个问题的答案登上了《自然》杂志。由哥伦比亚大学Andres Bendesky教授领导的团队指出，oldfield鼠独特的肾上腺是关键。 他们在其中发现了一种前所未见的全新细胞，这种细胞使得oldfield鼠在短短2万年内迅速演化出了“一夫一妻”的社会关系。
为了找到oldfield鼠“一夫一妻”制的出现原因，研究团队从两个物种的生理差异出发进行了分析。一个重要线索是，这两种老鼠的体型相差不大，但oldfield鼠的肾上腺要大得多，其重量达到了鹿鼠的4倍。如果换算成相较于体重的相对重量， oldfield鼠的肾上腺更是鹿鼠的6倍重！ 在研究人员看来，如此巨大的差异在近亲物种之间是“前所未有”的。
另一条线索是，出生时，oldfield鼠的肾上腺已经是鹿鼠的两倍之大，表明 这种差异在胚胎期就已经形成了。
我们知道，肾上腺包括了肾上腺皮质和肾上腺髓质这两个具有独立内分泌功能的腺体。其中，我们熟悉的肾上腺素由髓质分泌，而皮质分泌包括性激素在内的类固醇激素。那么，oldfield鼠在胚胎期过度生长的究竟是髓质还是皮质？
随后的单独测定显示，oldfield鼠肾上腺皮质的相对体积是鹿鼠皮质的 8.9 倍，而髓质的差距不算大。也就是说， 是肾上腺皮质的增大导致了两个近亲物种间的差异。
接下来，研究团队借助RNA测序探索了类固醇合成酶在不同物种间的表达差异。他们发现，其中的巨大差异在于 Akr1c18 基因 编码的20α-羟基类固醇脱氢酶， 这种酶催化孕酮转化为20⍺-羟孕酮（20⍺-OHP） ，一种同样存在于人类和其他哺乳动物中的激素。
Akr1c18 在鹿鼠中的表达水平非常低，但在oldfield鼠中是肾上腺表达最高的基因之一，两者表达量相差约3000倍。接下来的分析显示，oldfield鼠肾上腺的20α-OHP含量比鹿鼠高出40倍。因此， 肾上腺基因表达，尤其是 Akr1c18 水平的差异，对类固醇激素的分泌产生了巨大影响。
20α-OHP会对动物的行为造成怎样的影响？科学家们对此知之甚少。Bendesky教授团队向 oldfield鼠的父母注射了20α-OHP，并在20小时后观测其亲代养育行为。结果， 20⍺-羟孕酮的确促进了养育行为：它们更频繁地给幼崽梳毛，将更多幼崽带回巢穴，并建造更坚固的巢穴。
对于鹿鼠来说，20α-OHP带来的变化同样显著。要知道，正常情况下的鹿鼠父母完全不会做出上述养育行为。但在注射了20α-OHP之后，有17%会为幼崽梳毛，并将其带回巢穴。
进一步的研究发现，20α-OHP代谢生成α-孕烷-3α,20α-二醇（别孕二醇），这种物质作用于对养育幼崽很重要的神经回路，从而改变亲代的行为。
因此， oldfield鼠大量生成的20⍺-OHP诱导了一夫一妻制典型的养育行为。 一种猜想认为，一夫一妻制可以增加父母合作照顾后代的机会，因为这些父亲更加相信幼崽是自己的，养育时也更加投入。这种合作可以提高后代的生存机会，尤其是在资源有限的情况下。
更意外的发现还在后面。通常来说，哺乳动物的肾上腺皮质包含了3层细胞簇，它们有着各自独特的类固醇生成功能。但利用snRNA测序， 研究团队在oldfield鼠的肾上腺皮质中发现了全新的第4种细胞簇。 研究团队将其称为 zona inaudita ，在拉丁语中意为“此前闻所未闻的区域”。这类全新细胞的典型特征，就包括了 远超过其他肾上腺细胞的高水平Akr1c18表达。
除了结构“闻所未闻”，zona inaudita的演化速度也极其惊人。通过对物种间突变数量的测定分析，研究团队猜测 zona inaudita细胞是在过去2万年内演化而来的。 要知道，在演化的角度，这只是一眨眼的功夫而已。
最后，研究还揭示了这类全新细胞出现的遗传基础。 Gadd45a 附近的变异对于zona inaudita细胞的发育至关重要，此外糖蛋白 tenascin N 的变异也会进一步影响这些细胞的分化。
至此，这项研究明确了全新的细胞类型对动物养育行为的影响。尽管只是位于大脑外的腺体中，但它们仍然对物种的社会行为演化起到了推动作用。这一发现对于理解人类的养育行为也有着潜在意义。研究团队期待，更多的后续研究将关注20⍺-OHP在人类养育行为中的作用。
参考资料： [1] Niepoth, N., Merritt, J.R., Uminski, M. et al. Evolution of a novel adrenal cell type that promotes parental care. Nature (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07423-y [2] Some mice may owe their monogamy to a newly evolved type of cell. Retrieved on May 15th, from https://www.eurekalert.org/news-releases/1044294
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