一个在乔治亚州西北部的鸽子山，蝴蝶们聚集在水坑周围。詹姆斯·亚当斯和他的朋友欧文·芬克尔斯坦手拿渔网，看着这些昆虫舔食溶解在浑水中的盐和蛋白质，它们折叠的翅膀不时张开。有银蓝色Celastrinas和船长肉桂和灰的颜色。其中最大的是带有黑色匕首状条纹的虎燕尾色、柔和的柠檬色雄性和带有黄昏蓝绿色灰尘的午夜黑暗雌性。
突然，一个非常奇怪的生物从亚当斯和芬克尔斯坦身边掠过——一种他们从未见过的燕尾。它的左半边是黄色的;其正确的,黑色的。就好像有人把两只不同的昆虫切成薄片，然后无缝地把它们缝在一起。芬克尔斯坦大叫一声，朝这名奇怪的美女挥了一拳，但还是差了不少。亚当斯抑制着自己的兴奋，以免自己的手被误导，他追着蝴蝶走了几步，荡来荡去，逮住了它。他立刻意识到自己抓到了一只雌雄同体的动物——一半是雄性，一半是雌性。
蝴蝶收藏家喜欢雌雄同体的蝴蝶，不仅因为它们的稀有，也因为它们的独特。它们是自然界对称交响乐中不可预知的小插曲。这种生物也吸引着科学家，因为它们提供了一个独特的机会:在同一个身体中研究典型的男性和女性基因和解剖学。
数百年来，博物学家一直在记录昆虫、蜘蛛、龙虾和鸟类的雌雄同体现象。最近，在越来越复杂的实验室工具的帮助下，研究人员通过研究这种混血儿，推翻了性发育的统治理论。在整个科学史上已经一次又一次被证明是正确的，那些看起来很奇怪的生物——那些太奇怪、太不对称而不能完全符合我们假定的类别的生物——告诉我们关于所有生物是如何工作的最多。例如，关于鸟类如何变成雄性或雌性的标准解释是错误的。科学家们不是通过研究几十种典型的鸟类，而是通过研究一些雌雄同体的鸟类，才认识到这一点。这一切都始于一只奇怪的斑胸草雀。
我N 20世纪90年代末，洛克菲勒大学的实验室动物看护人在一个笼子里寻找鸡蛋，据说是只有雄性斑马雀的笼子。要识别罪魁祸首，她将所有的鸟类移进各个围栏。鸡蛋来自一只鸟，因为它增长了，看起来与其他人越来越不同。在它的右侧，它有一个男性的所有典型特征：脸颊上的橙色羽毛，斑马条纹的脖子，以及它的翅膀附近有白色点斑点的棕色羽毛。相比之下，它的左侧几乎完全是灰色，有几个黑白面部标记和蛋奶油乳房特征性上羽毛。意识到这只鸟是一个Gynandroomorph，Fernando Nottebohm，洛克菲勒神经科学家拥有雀科殖民地，给了他前学生，艺术Arnold，加州大学洛杉矶。他涉嫌学习性别差异的阿诺德可能会从生物中学到一些东西。
长期以来，科学家们一直认为鸟类和哺乳动物一样会变成雄性或雌性：它们一开始是不固定的胚胎，根据性染色体的不同，会长出一对睾丸或卵巢，而卵巢又会释放一波又一波的激素，使有机体雄性化或雌性化。然而，时不时的研究发现，这个故事太简单了。
在这些线索之后，阿诺德和他的同事决定仔细看看Gynandromorph雀科的大脑中的细胞。典型的雄性斑马雀大脑具有专用于学习求爱歌曲的神经电路网络，并且包含这些电路的区域远大于女性脑中的相应区域。如果性发育主要依赖于激素，那么每一半的Gynandromorph的大脑应该是架构相同的。毕竟，鸟类身体中的每个器官都在其睾丸和卵巢释放的同样的雌雄同体鸡尾酒中沐浴。
多发性硬化症、癌症、心脏病和许多其他疾病在一种或另一种性别中的发病率要低得多，致死率也要低得多。
然而，阿诺德和他的团队发现，这只鸟右半脑的鸣叫区域比左半脑大82%。为了进一步研究，研究人员将大脑切片，并将薄薄的切片浸泡在充满放射性RNA的溶液中，这些RNA设计用于结合Z或W性染色体，我们X和Y的鸟类相关物。将浸泡过的切片放在照相底片上显示，大脑的右半球主要由带有两条Z染色体的雄性细胞组成，而大多数左侧细胞由一条Z染色体和一条W染色体组成。决定大脑命运的是性染色体，而不是激素，一个接一个。1“这一雌雄同体改变了我对一些非常基本的科学教条的看法，”阿诺德说。“脑细胞不是一个由激素书写性的表格。它们是预先描述的。”
2000年代中期，爱丁堡大学(Edinburgh University)的发育生物学家迈克尔•克林顿(Michael Clinton)开始研究从英国各地家禽养殖场收集的雌雄同体鸡。在一边，这些鸟看起来像雄性:白色和金色的羽毛，一个大的红色垂饰，腿上有一个长角状的突出物，被称为刺。在另一边，它们有雌性的特征:棕色和黄褐色的羽毛，小得多的马刺和肉垂。当克林顿和他的团队分析鸡身体周围的血液、皮肤和肌肉细胞的DNA时，他们发现鸡不是表面分裂的。与不寻常的斑胸草雀大脑一样，它们的整个身体或多或少在细胞水平上分裂，一边有很多雌性ZW细胞，另一边主要是ZZ细胞——但也有一些细胞混乱。它们有点像分成两半的罐子，里面装满了两种不同口味的软糖，大部分都放在一边，但有时也会交叉。
这些嵌合体证实了鸟类的性别是由整个身体的细胞决定的，而不是像哺乳动物一样由激素统一决定。2目前尚不清楚的是，每个细胞内的性染色体是如何独立于性激素引导性发育的。也许从受精的那一刻起，Z和W染色体就开始了某些表观遗传变化——也就是说，DNA周围分子的变化会增加或抑制不同基因的活性。克林顿和他的同事们发现，在性器官发育之前，正常发育的雄性和雌性鸟类胚胎就已经有了不同的基因活动模式。
阿诺德和他的团队现在想知道他们在鸟类身上的发现是否也适用于哺乳动物。为了理清激素和染色体在哺乳动物性发育中的不同作用，他和他的同事们一直在研究一些独特的老鼠品系，比如说，它们有一条过多的X或Y染色体，或者大量分泌雌性激素，即使它们在遗传上是雄性。他希望这一系列的研究最终能为人类疾病提供新的治疗方法。多发性硬化症、癌症、心脏病和许多其他疾病在一种或另一种性别中的发病率要低得多，致死率也要低得多。阿诺德说：“如果我们能弄清楚为什么一种性别受到保护，我们就能找到新的治疗方法。”。“要理解这一点，我们需要一份让男性和女性与众不同的因素清单。过去，这一切都与荷尔蒙有关。”
例如，多发性硬化症——一种免疫系统攻击和破坏神经系统的毁灭性疾病——在女性中更为常见，但在男性中更为迅速地削弱。Arnold对遗传上是雄性但能产生雌性激素的小鼠的研究表明，X染色体和Y染色体的结合而不是雄性激素的结合使细胞更容易受到类似疾病严重过程的伤害。3.
TZebra Finch和鸡肉研究令人着迷于鸟群的研究人员。他们“真的争论了一些长期概念，我们对细胞如何在脊椎动物中获得性身份，”加州大学伯克利加州大学发展生物学家Nipam Patel说。正如那些实验所在的那样，他对异常性爱蝴蝶的研究也推翻了根深蒂固的想法。经过十多年的强迫性研究，帕特尔已经得出结论，在某些情况下，而不是一个带有男性和女性零件的单一动物，一个古androMorph是两个不同的生物融合在一起。
帕特尔大约8岁时，他偶然发现一只雄性双尾燕尾蝶躺在他后院的草地上。他被它的美丽迷住了：那些像鸟一样的黄色翅膀从昆虫身上猛扑出来，却反过来变成了弧形，涟漪涟漪，滴落在一个圆括号里。帕特尔把燕尾放在里面，把它装在一个雪茄盒里。他说服母亲给他缝第一张蝴蝶网。从那时起，帕特尔积累了大约30000只昆虫的图书馆。在过去的16年里，他一直在策划第二批藏品：不是实物标本，而是照片。帕特尔是世界上最著名的雌雄同体蝴蝶图片收藏家。
雌雄同体之所以吸引帕特尔，是因为它们是自然发生的实验，可以让他研究动物是如何发育的。许多科学家将雌雄同体蝴蝶的存在归因于细胞分裂错误。和鸟类一样，雄性蝴蝶的每个细胞中都有两个Z染色体，而雌性蝴蝶的细胞是ZW染色体。通常情况下，当毛毛虫开始变态时，最终会产生翅膀的分裂细胞会像往常一样繁殖它的染色体，但在它的两个子细胞中却不能正确地分配性染色体。其中一个新细胞得到Z和W，变成雌性;另一个则有一到两条Z染色体，变成雄性。每一个细胞都是左翅或右翅的祖细胞，所以蝴蝶看起来一半是雄性一半是雌性——从中间分开。
科学家们已经清楚地表现出这一情况，但一些帕特尔的照片让他认为GynandroMorphs也通过其他路线形成。每一个现在，他遇到了上面了解的直升机蝴蝶等标本。这是一个多彩部落的成员，其中雄性和女性看起来几乎相同。帕特尔将这种蝴蝶鉴定为GynandroMorph，因为其腹部的两半在尺寸和结构上不同，具有雄性生殖器和其他女性。它的翅膀应该是一样的，但他们不是。
Patel意识到，除了双重性之外，这种特殊的昆虫可能具有混合的身份。其翅膀上的模式背叛了潜在的遗传学，不能仅由女性和雄性细胞的混合物解释。一个名字的基因optix，例如，它决定了后翼在哪里有红色的光线;另一个基因WntA就像一个黑色的夏比，在这里和那里使翅膀变暗。根据标准起源故事，这两个基因都不在Z或W染色体上，而Z或W染色体是雌雄同体两半之间遗传变异的唯一来源。4然而，这两个翅膀显然激活了不同的颜色模式基因，表明两种完全不同的基因组。帕特尔认为，当雌雄同体的差异不仅仅在于性别特征时，你可以把两只动物放在一起看。
怎么会这样呢?昆虫的卵细胞中有一个更小的姐妹细胞，即极体，这是产生卵细胞的细胞分裂留下的。有时两个精子会设法溜进卵子，使卵子的细胞核和极体受精，产生两个或多或少像连体双胞胎的胚胎。然而，这两种动物的细胞可能并不总是保持在各自的两侧，这可以解释为什么有时雌雄同体的细胞会两侧不对称，有时会形成马赛克，相反的细胞沿着中心线飞溅。尽管之前有其他科学家认为双受精解释了一些雌雄同体的现象，但帕特尔发现了一些迄今为止最清晰的证据。
雌雄同体的二元性让人想起柏拉图的研讨会，其中射频解释了与独特的创造神话的性别的起源：一开始，他说，有双重原始人和男人，女人，女人，以及男人和女人 - 直到他们的哈布里斯愤怒，宙斯将它们分成闪电螺栓。但这种二元性不仅仅是神话的东西。
科学家对生物的遗传成分指纹越多，他们就越意识到我们都是五花八门的生物。我们每个细胞本质上都有两个基因组:一个是细胞核中的人类基因组，另一个是隐藏在线粒体中的非人类基因组，后者曾是自由生活的微生物。数万亿的细菌覆盖在我们的皮肤上，寄居在我们的肠道内，把我们的身体变成了微生物基因组的万花筒。在病毒和各种寄生虫的帮助下，相当多的外来基因已经渗入了我们的基因组。雌雄同体之所以能吸引我们的眼球，是因为它们引人注目的斑纹看起来如此独特。事实上，它们是一面镜子，反映出我们所有人内心的镶嵌。
Ferris Jabr是为纽约时报杂志和科学美国人。他曾为《大西洋月刊》《哈泼斯》《纽约客》和在外面。他的作品一直是面向期的美国最好的科学与自然写作系列。
参考文献
1.玛瑙、R.J。et al。雌雄同体雀大脑性别差异的来源是神经而不是性腺。国家科学院的诉讼程序100, 4873 - 4878(2003)。
2.赵博士。，et al。躯体性身份是鸡肉中的细胞。本性464, 237 - 242(2010)。
3.Du, S.， Itoh, N.， Askarinam, S.， Hill, H.， Arnold, a.p.， & Voskuhl, R.R.在实验性自身免疫性脑脊髓炎期间，XY性染色体补体与XX相比，会导致更大的神经退行性变。国家科学院的诉讼程序111，2806-2811（2014）。
乔恩，et al。一个保守的表基因位点控制着水稻的颜色模式多样性邮差蝴蝶。PLOS生物学4e303(2006)。
铅图像是嘲笑者燕尾的照片(蝴蝶达尔达诺斯)蝴蝶，雌性在左边，雌雄同体在中间，雄性在右边。牛津大学自然历史博物馆。
本文最初发表于我们的“对称性“2014年5月发布。
