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为何人类胚胎特别难活：卵子中的自私染色体拒绝被销毁，导致配子染色体错误数

巴斯大学米尔纳进化中心的一位科学家的新研究表明，“自私的染色体”解释了为什么大多数人类胚胎会死亡。这项发表在《公共科学图书馆·生物学》上的研究解释了为什么鱼胚胎很好活，但遗憾的是人类胚胎通常无法存活，这对不孕症的治疗有所启发。

大约一半的受精卵很早就死了，甚至在母亲知道自己怀孕之前。可悲的是，许多怀孕的人也容易在几周后自然流产。这种流产非常普遍，而且非常令人痛苦。

米尔纳进化中心主任劳伦斯·赫斯特教授调查了为什么经过了数十万年的进化，人类仍然很难生孩子。

大多数早期死亡的直接原因是胚胎的染色体数量错误。受精卵应该有 46 条染色体，其中 23 条来自妈妈的卵子，23 条来自爸爸的精子。

赫斯特教授说：“很多胚胎的染色体数量错误，通常是 45 或 47，几乎所有这些胚胎都会在子宫内死亡。比较著名的如唐氏综合症这样的病例中，有3个21号染色体。遗憾的是，大约 80% 的这样胚胎不会活到足月。”

那么，为什么如此容易多/少一条染色体，而它又为什么如此致命呢？

赫斯特整理了许多线索。首先，当胚胎的染色体数量错误时，这通常是由于在母亲体内产生卵子时发生的错误，而不是在父亲体内产生精子时发生的错误。事实上，超过 70% 的卵子有错误的染色体数。

其次，错误发生在制造卵子的两个步骤中的第一步。之前已经注意到，这第一步很容易受到干扰，因此突变可以“自私地”潜入超过 50% 的卵子中，迫使伴侣染色体被破坏，这一过程被称为着丝粒驱动。这在老鼠身上得到了很好的研究，长期以来一直怀疑在人类身上也是一样的机制，以前有人认为它与染色体丢失或增加的问题有关。

赫斯特注意到的是，在哺乳动物中，一种自私的突变试图做到修改卵子的染色体，但失败了，导致卵子的染色体变多或变少，但在进化上仍然可以带来好结果。问题是在哺乳动物中，由于需要母亲不断喂养子宫内发育中的胎儿，因此从有缺陷的卵子发育而来的胚胎早日被终止而不是被带到足月，在进化上更有益(由于成本太高，保守策略优于激进策略)。这意味着幸存的后代比平均水平更好。

赫斯特解释说：“制造卵子的第一步很奇怪。一对染色体中的一个会进入卵子，另一个会被破坏。但如果一条染色体‘知道’它会被破坏，它就没有什么可失去的了，所以最近的显著分子证据揭示，当一些染色体在第一步检测到它们即将被破坏时，它们会改变自己以防止被破坏，从而可能导致染色体丢失或获得，以及胚胎的死亡。

“值得注意的是，如果胚胎的死亡使母亲的其他后代受益，因为自私的染色体通常会出现在获得额外食物的兄弟姐妹身上，那么突变就会带来对种群更好的结果。”

“鱼和两栖动物没有这个问题，在超过 2000 个鱼胚胎中，没有发现一个来自妈妈的染色体错误。”鸟类的发病率也非常低，约为哺乳动物发病率的 1/25。这与孵化后雏鸟之间存在竞争的预测后果一致。

相比之下，染色体的丢失或获得对于每一个被研究过的哺乳动物来说都是一个问题。赫斯特评论说：“在子宫里喂养我们的后代是不利的。如果他们过早死亡，幸存者会受益。它使我们容易受到这种突变的影响。”

赫斯特怀疑人类可能确实特别脆弱。在老鼠身上，胚胎的死亡为同一窝的幸存者提供了资源。这使其他胎儿的生存机会增加了约 10%。然而，人类通常一次只生一个婴儿，而早期胚胎的死亡使母亲能够迅速再次繁殖——她可能甚至不知道她的卵子已经受精。

初步数据显示，由于染色体错误，一次只有一个胚胎的哺乳动物(例如奶牛)似乎具有特别高的胚胎死亡率，而像老鼠和猪一样，一窝中有许多胚胎的哺乳动物的死亡率似乎要低一些。

赫斯特的研究还表明，一种叫做 Bub1 的蛋白质含量低可能会导致人类和小鼠的染色体丢失或增加。

赫斯特说：“随着母亲年龄的增长和胚胎染色体问题发生率的上升，Bub1 的水平会下降。识别这些抑制蛋白并提高年长母亲的水平可以恢复生育能力。我也希望这些见解将成为帮助那些难以怀孕或经常流产的女性的一步。”

https://phys.org/news/2022-07-hard-humans-baby.html

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