水蚤（Daphnia pulex）的性別如何決定？

 

水蚤。圖片來源：維基百科

水蚤（Daphnia pulex）是一種節肢動物，廣泛地分布在全世界的水域中。別看它這麼小（最大不超過5 mm），它可是第一個被完全定序的甲殼類。水蚤也是重要的淡水生態系統成員，不僅是許多魚類和兩棲類動物幼體的食物來源，也透過其攝食行為，影響水體的藻類生長和水質狀況。

在春季和夏季，水蚤主要進行無性生殖，產生雌性後代。這種繁殖策略允許水蚤在有利條件下快速增加族群密度，因為無性生殖比性生殖更能快速擴大族群。春季和夏季時水質較好，食物資源豐富，這些都是水蚤快速繁殖和成長的理想條件。

相對地，當秋季到來，食物資源可能開始變得稀缺，水蚤則會透過性生殖生產雄性後代和休眠卵，這是一種適應冬季不利條件的生存策略。透過有性生殖產生的休眠卵可以在惡劣環境下存活，直到條件再次變得有利時才孵化。

過去的研究已知，是日照長度造成水蚤的性別變化。但是，到底是什麼基因讓水蚤能感知日照長度呢？最近的研究解開了這個謎題！

研究團隊發現，水蚤的環境性別決定（Environmental Sex Determination, ESD）機制能讓它們根據環境線索，而非性染色體或基因，來決定後代的性別。這種機制對於在不同環境條件下優化性別比例，增加繁殖成功率具有優勢。

水蚤能夠在長日照下生產雌性後代，在短日照下生產雄性後代。研究團隊發現生物時鐘基因 period 對於識別日長並調節性別決定至關重要。透過基因編輯技術，研究人員製作了一種基因剔除的水蚤，這種水蚤無法持續進行日間垂直遷移（DVM，Diel Vertical Migration，指在白天時會下沉到水體較深的地方以避開捕食者的視線，而在夜晚時則上升到較淺的水層中覓食和進行呼吸的行為。），在恆定黑暗條件下，它們會無視日長變化，只生產雌性後代。此外，即使在不利的環境條件下（如高密度和低食物供應），經過基因剔除的水蚤也還是能生產雄性後代，意味著雄性的產生不僅僅依賴於生物時鐘基因的功能。

總而言之，這項研究顯示，水蚤利用其生物時鐘來識別短日照條件，這是它們環境性別決定機制的關鍵步驟。這種機制可能對於其他生物的性別決定機制的理解以及生物鐘在調節生物體對環境變化反應中的作用提供了新見解。

參考文獻：

Abe et al., Daphnia uses its circadian clock for short-day recognition in environmental sex determination, Current Biology (2024), https://doi.org/10.1016/j.cub.2024.03.027