Part IV: Regulation and Behavior Ch12 Sex: Evolutionary, Hormonal, and Neural Bases 性 別 的 變 異 與 演 化 Clone itself: Unicellular: fission( 分 裂 ) Multicelluar: parthenogenesis ( 孤 雌 生 殖 ) Sexual reproduction: 有 性 生 殖 : 讓 好 突 變 的 基 因 能 聚 在 一 起, 而 加 速 傳 遞, 讓 不 好 的 基 因 也 能 聚 在 一 起 而 加 速 淘 汰 四 億 兩 千 五 百 萬 年 以 前 的 動 物 已 經 有 性 器 官 存 在 有 些 動 物 同 時 使 用 兩 種 方 式 如,Aphids ( 一 種 小 昆 蟲 ): 在 生 存 環 境 好 的 時 候, 使 用 無 性 生 殖, 因 為 所 攜 帶 的 基 因 不 會 受 到 挑 戰 在 生 存 環 境 變 壞 時, 使 用 有 性 生 殖, 使 後 代 可 以 離 鄉 背 井 另 謀 生 路 Hermaphrodites: 個 體 可 產 生 雄 性 或 雌 性 後 代 (Not necessary require 2 different sexes) Simultaneous hermaphrodites: 雌 雄 同 體 e.g. snail, 蚯 蚓 Sequential hermaphrodites: 可 以 視 環 境 進 行 性 別 轉 換 e.g. fish, 鱷 魚 : 如 美 洲 河 鱷, 當 巢 內 溫 度 低 於 31 時, 所 孵 化 的 都 是 雄 性, 而 高 於 32 時 則 都 是 雌 性, 溫 度 介 於 中 間 時 則 兩 種 性 別 都 有 Dioecious( 雌 雄 異 體 ): 雄 性 與 雌 性 有 非 常 不 同 的 特 徵, 且 有 不 同 的 配 子 (gamete: sperm or ovum) 多 數 的 哺 乳 類 如 此 1
雄 性 與 雌 性 的 生 殖 策 略 雌 雄 的 外 表 型 態 不 同 : Sexually dimorphism 雌 雄 的 配 子 數 目 與 質 量 不 同 : 雄 性 小 而 簡 單, 只 攜 帶 基 因 物 質, 沒 有 任 何 營 養, 不 斷 製 造 數 量 龐 大, 毫 不 顧 惜 的 使 用 雌 性 大 而 豐 富, 含 有 營 養 物 質, 製 造 量 少 而 需 謹 慎 使 用 雄 性 有 大 量 精 子 可 以 使 用, 所 以 對 象 的 選 擇 較 無 節 制 雌 性 的 投 資 較 高, 所 以 要 慎 選 對 象, 故 多 半 是 雄 性 追 雌 性, 雌 性 則 利 用 這 一 機 會 審 慎 選 擇 體 型 與 行 為 :vigorous and healthy looking. gamete ( 配 子 )size - Evolutionary stable strategy (?) Sexually dimorphism 2
1000X (human) 性 選 擇 加 速 性 分 化 Sexual selection: 每 一 性 別 加 諸 異 性 的 選 擇 壓 力 雄 或 雌 性 有 意 或 無 意 以 異 性 的 某 一 特 質 為 交 配 選 擇 條 件, 則 這 個 性 質 就 會 越 來 越 明 顯 的 出 現 在 異 性 身 上 一 旦 性 選 擇 偏 好 形 成, 就 會 自 行 擴 大 母 獅 如 果 和 沒 鬃 毛 的 雄 獅 交 配, 其 子 代 就 沒 獅 愛 所 以 非 有 鬃 毛 不 嫁 性 選 擇 的 特 性 甚 至 會 影 響 生 理, 如 促 進 排 卵 : 雄 蛙 的 鳴 叫 與 求 偶 行 為, 老 鼠 的 插 入 動 作, 獅 子 的 追 求 孤 雌 生 殖 的 動 物 有 另 一 隻 動 物 對 其 表 示 求 偶 行 為, 也 會 排 出 較 多 的 卵 如 鞭 尾 蜥 蜴 有 時 需 要 另 一 種 的 雄 性 來 進 行 求 偶 動 作 如 Amazon mollies Sperm competition: 雌 性 動 物 可 能 與 很 多 雄 性 交 配 時, 最 雄 壯 的 精 子 可 以 捷 足 先 登 有 時 同 一 群 來 源 的 精 子 會 聯 手 打 敗 另 一 來 源 的 精 子 e.g. European wood mouse 3
雄 性 與 雌 性 性 行 為 的 互 動 Fig. 12.1 繁 殖 行 為 的 四 個 階 段 : Sexual attraction ( 性 吸 引 ) Appetitive behavior ( 求 愛 ) Proceptive: approach & retreat in alternation, hopping & darting by a female. Copulation ( 交 配 ) Female: receptive (in estrus). Male: delivery of semen. Internal fertilization vs. External fertilization. Oviparous ( 卵 生 ) vs. viviparous ( 胎 生 ). Postcouplatory behavior ( 交 配 後 ) Copulatory lock (e.g. dog: 15min). Refractory phase. Parental behaviors & pair bonds. Table 12.1 ( 體 外 受 精 ) 卵 生 胎 生 ( 體 內 受 精 ) 卵 胎 生 Ovoviviparity ( 卵 胎 生 ): 繁 殖 與 卵 生 相 似, 胚 胎 發 育 所 需 的 養 分 是 由 卵 供 給, 卵 在 孵 化 之 前 仍 留 在 母 體 內, 直 到 胚 胎 發 育 完 全 才 生 出 來, 受 精 卵 發 育 時 除 了 利 用 卵 黃 的 養 分 外, 其 發 育 所 需 的 氣 體 交 換 和 水 分 的 保 持, 仍 然 養 賴 母 體 供 應 4
交 配 行 為 (copulation) 大 熊 貓 (giant pandas): 發 情 週 期 一 般 一 年 發 情 一 次, 育 幼 雌 獸 一 般 要 兩 年 才 發 情 一 次, 但 若 提 前 強 迫 斷 奶, 則 也 和 雄 獸 一 樣 一 年 發 情 一 次 少 數 熊 貓 一 次 發 情 中 有 兩 個 高 潮 期 雌 獸 發 情 期 為 15-25 天, 發 情 高 峰 僅 2-4 天 Copulation in rodents: Lordosis ( 凹 背 姿 ) : a female receptive posture, facilitating. intromission ( 插 入 ) by the male. 雄 性 性 行 為 求 歡 (courting):judge the mate is suitable or not. 騎 乘 (mounting) 插 入 (intromission) 衝 刺 (pelvic thrusting) 射 精 (ejaculation) 反 挫 期 (refractory period) Pair bonds: a male and a female live together before and long after copulation, e.g. prairie voles. 5
The Coolidge Effect The President and Mrs. Coolidge were being shown [separately] around an experimental government farm. President Coolidge (the 30 th, 1923-1929 ) and his wife When [Mrs. Coolidge] came to the chicken yard she noticed that a rooster was mating very frequently. She asked the attendant how often that happened and was told, "Dozens of times each day." Mrs. Coolidge said, "Tell that to the President when he comes by." Upon being told, President asked, "Same hen every time?" The reply was, "Oh, no, Mr. President, a different hen every time." President: "Tell that to Mrs. Coolidge. The Coolidge Effect: 如 果 不 斷 的 更 換 新 的 雌 性 對 象, 則 反 挫 期 會 越 來 越 短, 適 合 一 些 一 夫 多 妻 之 動 物, 和 後 續 多 隻 不 同 之 雌 性 交 配 幾 乎 與 第 一 隻 一 樣 有 效 雄 性 性 行 為 雄 性 老 鼠 於 一 段 時 間 內 重 複 進 行 上 述 行 為 約 7-9 次 : 重 複 的 intromission 是 雌 性 分 泌 排 卵 激 素 的 必 要 條 件 一 動 物 的 行 為 影 響 另 一 動 物 的 內 分 泌 系 統 睪 固 酮 (testosterone) 是 必 要 的 : 去 勢 性 行 為 下 降 去 勢 後 回 補 雄 性 素 (androgen) 性 行 為 恢 復 正 常 Activational effect ( 啟 動 效 用 ) : the hormone transiently promotes certain behaviors. 睪 固 酮 的 多 少 與 性 行 為 的 強 烈 不 全 然 相 等 閹 割 前 有 性 行 為 差 異 閹 割 後 回 補 同 樣 激 素 仍 有 差 異 Fig. 12.4 6
激 素 對 於 雄 性 行 為 的 影 響 有 一 部 份 的 性 行 為 睪 丸 酮 (testosterone) 需 要 轉 換 成 雌 二 醇 (estradiol) 才 有 效, 與 細 胞 核 中 雌 二 醇 受 體 (estradiol receptor) 結 合 testosterone ( 經 aromatase 芳 香 化 酶 ) estradiol ( 雌 二 醇, E2) 壓 抑 芳 香 化 酶 會 阻 止 雄 性 約 40% 之 性 行 為 腦 下 垂 腺 後 葉 分 泌 子 宮 收 縮 素 (oxytocin), 在 性 高 潮 時 分 泌, 促 進 射 精 與 陰 道 收 縮 ( 和 田 鼠 的 pair bonding 也 有 關 ) 腦 下 垂 腺 前 葉 分 泌 催 乳 素 prolactin, 對 雄 性 之 性 行 為 有 抑 制 作 用, 如 果 prolactin 太 高, 則 性 慾 就 不 強, 移 植 腦 下 垂 腺 前 葉, 或 將 prolactin 注 入 腦 中 與 性 行 為 控 制 區 域 有 關 者, 均 有 效 果 雌 性 性 週 期 與 性 行 為 激 素 會 影 響 性 行 為, 產 生 週 期 性, 靈 長 類 稱 之 為 月 經 週 期 menstrual cycle, 其 他 動 物 謂 之 動 情 週 期 estrous cycles (estrus, 發 情 ) In female rats, 排 卵 週 期 (ovulatory cycle) 約 為 4~5 天 ( 排 卵 之 前 會 分 泌 大 量 estrogen, 動 情 素 ) Estrogen 有 三 種 : estrone (E1), estradiol (E2), estriol (E3) 動 情 週 期 有 生 理 上 的 配 合 ( 以 人 類 為 例 ): 腦 下 垂 腺 前 葉 分 泌 濾 泡 刺 激 素 (FSH) ovary 卵 泡 發 育 雌 二 醇 (estradiol) 開 始 分 泌 子 宮 壁 加 厚 刺 激 下 垂 腺 前 葉 分 泌 黃 體 刺 激 素 (LH) 排 卵 形 成 黃 體 分 泌 大 量 雌 二 醇 (estradiol) 和 助 孕 素 又 叫 黃 體 素 (progesterone) 促 成 著 床 與 懷 孕 若 沒 有 遇 上 精 子, 則 子 宮 壁 內 部 增 厚 組 織 全 部 流 失 ( 月 經 ) Fig. 12.5 7
性 激 素 的 組 織 作 用 與 啟 動 作 用 組 織 作 用 (organizational effect):a permanent alteration of the nervous system, and thus permanent change in behavior, resulting from the action of a steroid hormone on an animal early in its development - contrast with 啟 動 效 用 (activational effect): transiently influences 性 激 素 具 有 性 器 官 腦 性 行 為 組 織 作 用 (organizational effect) 動 物 具 有 執 行 兩 性 性 行 為 的 能 力, 激 素 的 組 織 效 用 使 其 分 化 有 些 性 別 差 異 行 為 只 有 啟 動 效 用, 沒 有 組 織 效 用 雌 性 性 行 為 與 激 素 吸 引 attractivity: 藉 味 道 與 行 為 鎖 定 proceptivity: 發 出 引 誘 行 為 接 受 receptivity: 在 mounting 時, 保 持 lordosis 在 動 物 行 為 中, 雌 性 原 則 上 是 性 行 為 之 啟 動 者, 當 她 願 意 接 受 而 雄 性 也 產 生 性 行 為 時, 雌 性 便 產 生 一 個 背 部 凹 下 的 姿 勢 lordosis (bent backward) 這 個 行 為 通 常 產 生 在 動 情 素 (estrogen) 分 泌 40 小 時 之 後, 助 孕 素 (progesterone) 分 泌 不 久, 在 人 工 操 弄 下,E+P 可 增 加 對 雄 性 的 接 受 度 progesterone 效 果 需 有 estrogen 之 primed 24 hr 1 hr 動 情 素 (E) 助 孕 素 (P) 接 受 度 上 升 8
生 殖 行 為 的 神 經 迴 路 Neural circuits for reproduction in rodents Steroids act on the hypothalamus to promote female receptivity: Donald Pfaff - Lab of Neurobiology and Behavior at Rockefeller University. Rodent studies. Steroid autoradiography and lesion studies. Estrogen- and Progesterone-sensitive neurons in hypothalamus. Ventromedial hypothalamus (VMH): crucial for lordosis and estradiol induced receptivity in females. Steroid hormones VMH periaqueductal gray region (PAG, 腦 導 水 管 周 圍 灰 質 ) of the midbrain medullary reticular formation ( 延 腦 網 狀 結 構 區 ) spinal cord lordosis. Fig. 12.6 Androgens activate a neural system for male reproductive behavior: Pheromones vomeronasal organ ( 犁 鼻 器 ) accessory olfactory bulb (Androgens are converted to estrogens) medial amygdala mpoa ( 整 合 與 性 行 為 有 關 之 賀 爾 蒙 及 感 官 訊 息 ) Steroid hormones medial preoptic area (mpoa, 視 前 葉 中 間 區 ) ventral midbrain basal ganglia and brainstem spinal cord copulatory behavior. 犁 鼻 器 Fig. 12.6 9
性 行 為 之 神 經 控 制 脊 髓 控 制 性 反 射 行 為, 切 斷 脊 髓 與 腦 聯 繫 後 依 然 存 在 : cat : 陰 部 刺 激 性 動 作 與 姿 勢 dog : 陰 莖 刺 激 勃 起 與 射 精 Ejaculation generator: lumbar spinothalamic (LSt) neurons Coolen(2002) 的 研 究 小 組 發 現 首 先 在 雄 性 成 鼠 的 脊 椎 注 射 特 殊 毒 素 殺 死 Lumbar spinothalamic neurons, 之 後 這 些 雄 鼠 會 與 發 情 期 的 雌 鼠 交 配, 但 是 遲 遲 不 會 射 精 顯 示 LSt 細 胞 即 有 可 能 是 負 責 雄 性 射 精 生 理 訊 號 整 合 的 中 樞 細 胞 下 視 丘 (hypothalamus) 是 控 制 性 行 為 的 主 要 區 域 :medial preoptic area (mpoa) 有 性 激 素 受 體, 破 壞 後 性 行 為 消 失 : ventromedial hypothalamus (VMH): 破 壞 此 處 損 害 lordosis, 雌 性 激 素 注 入 此 處 有 效 引 起 lordosis Estrogen 做 用 於 VMH 會 增 加 其 樹 突 與 製 造 progesterone 之 受 體 腰 椎 費 洛 蒙 對 動 物 性 行 為 的 影 響 Pheromones guide reproductive behavior in many species: 鼠 類 的 費 洛 蒙 效 果 : Lee-Boot Effect: 一 群 mice 養 在 一 起, 動 情 週 期 會 逐 漸 緩 慢 下 來, 最 後 停 止 Whitten effect: 如 果 放 入 一 隻 mouse, 又 開 始 產 生 週 期, 而 且 週 期 會 和 尿 液 中 的 分 泌 物 週 期 同 步 Vandenbergh effect: 之 odor 會 提 前 的 青 春 期, 公 老 鼠 尿 液 中 的 費 洛 蒙 也 有 加 速 母 鼠 性 成 熟 的 作 用 Bruce effect (pregnancy block effect): 懷 孕 不 久 後, 一 隻 新 的 出 現, 舊 的 胚 胎 會 流 產, 使 新 的 有 機 會 產 生 後 代 兩 種 不 同 類 別 之 費 洛 蒙 ( 由 犁 鼻 器 及 嗅 表 皮 所 偵 測 ) 有 助 於 公 hamster 對 母 之 興 趣, 只 有 同 時 毀 壞 二 者, 才 會 有 雄 性 性 行 為 之 消 失 尿 液 中 的 費 洛 蒙 也 有 個 體 辨 識 的 作 用 亦 為 所 分 泌 pheromone 所 吸 引, 破 壞 犁 鼻 器 此 效 果 也 消 失 Pheromones can convey important information about reproductive status between individuals of the same sex: 在 公 象 的 狂 暴 期 (musth), 青 春 期 的 小 公 象 會 分 泌 聞 起 來 像 蜂 蜜 的 費 洛 蒙 (frontalin), 用 以 顯 示 自 己 的 低 位 階 避 免 被 成 熟 的 公 象 攻 擊 公 牛 也 會 分 泌 費 洛 蒙 展 示 自 己 的 地 位 並 吸 引 在 發 情 期 的 母 牛 10
費 洛 蒙 的 感 受 異 性 放 出 費 洛 蒙 : 犁 鼻 器 (vomeronasal organ) 副 嗅 球 (accessory olfactory bulb) 杏 仁 中 央 核 (medial amygdala nucleus) POA, AH, VMH 當 鼻 子 碰 見 urine 等 非 揮 發 性 物 質, 一 個 幫 浦 會 作 用, 協 助 液 體 進 入 鼻 腔, 最 後 使 犁 鼻 器 受 刺 激 Lee-Boot, Whitten, Vandenburg effect 純 粹 依 賴 某 一 味 道 刺 激,Bruce effect 則 涉 及 以 不 同 味 道 來 區 辨 不 同 公 鼠 的 尿 味, 故 有 學 習 成 分 存 在 Human sexual behavior is diverse 中 國 古 代 春 宮 圖 及 日 本 浮 世 繪 Alfred Kinsey ( 金 賽 ): Sexual behavior of American males (1948) and females (1953). His surveys revealed much about human sexual behavior. e.g., oral sex, and homosexual behavior. After then, sexual intercourse, masturbation, etc. Most mammals, the male mounts the female from the rear; face-to-face postures are most common in human. A great variety of coital postures have been described in human. Fig. 12.8 11
Human sexual responses Human typical sexual response patterns (4 phases): Increasing excitement ( 興 奮 充 血 階 段 ) 抑 制 橋 腦 之 PGN (Paragigantocellular nucleus) 傳 輸 至 脊 髓 的 serotonin fibers 可 引 發 性 器 勃 起 (phallic erection) 許 多 5-HT 類 抗 憂 鬱 藥 物 之 副 作 用 (side effect) 為 造 成 陽 痿 或 性 功 能 障 礙 Plateau ( 平 原 期 ) Orgasm ( 性 高 潮 ):accompanied by rhythmic contractions of genital muscles Resolution ( 消 散 期 ) Differences between male and female sexual responses: Greater variety of copulatory sequences in women (man: one basic pattern). One orgasm in men (refractory phase); multiple orgasms in women. Males and females differ as sexual beings. 內 在 因 子 與 外 在 因 子 的 影 響 Fig. 12.9 Women s sexual/emotional response Basson, 2008, Fig 12.10 12
激 素 與 人 類 性 行 為 In male rodents, testosterone is necessary to activate mating behavior. 人 的 性 行 為 有 無 激 素 的 結 構 效 果, 證 據 尚 未 完 全 充 分, 但 有 啟 動 效 果 (activational effect): 對 女 性 性 行 為 之 效 果 : 不 影 響 交 配 能 力, 在 週 期 中 任 一 階 段 均 可 交 配 似 乎 也 不 影 響 對 異 性 之 興 趣, 任 何 時 候 均 可 能 有 意 願 非 靈 長 類 之 睪 丸 酮 不 作 用 於 雌 性 性 行 為, 但 人 類 雌 性 性 慾 望 (sexual desire, thoughts & anticipation of sexual activity) 與 血 中 睪 丸 酮 濃 度 成 正 相 關 oxytocin : 導 致 高 潮 時 之 子 宮 與 陰 道 之 收 縮 以 及 性 行 為 後 之 感 覺 激 素 對 男 性 性 行 為 之 作 用 男 性 較 依 賴 雄 性 素, 去 勢 後 精 子 與 性 行 為 均 下 降, 但 不 完 全 消 失, 去 勢 後 之 性 行 為 可 能 依 賴 : 過 去 經 驗 從 腎 上 腺 與 前 列 腺 所 分 泌 的 雄 性 素 性 幻 想 與 性 期 待 亦 會 導 致 雄 性 素 分 泌 加 多 預 期 要 和 女 生 出 遊, 鬍 子 長 得 較 快 ( 思 考 與 行 為 影 響 生 理 作 用 ) 雄 性 素 與 男 性 的 性 別 差 異 行 為 ( 交 配 與 攻 擊 ) 常 互 為 因 果 oxytocin 性 行 為 後 之 滿 足 感 prolactin 反 挫 期 之 倦 怠 感 13
費 洛 蒙 對 人 類 性 行 為 的 影 響 Martha McClintock (1971): women menstrual cycles in synchrony in college dormitory: Social signals or pheromone signals? Extracts of sweat: either acceleration or delay M.C. 雌 性 亦 透 過 費 落 蒙 相 互 影 響, 月 經 週 期 的 同 步 與 嗅 覺 訊 息 有 關, 譬 如 把 腋 下 之 汗 溶 於 酒 精, 放 於 雌 性 的 群 體 中, 會 導 致 生 理 週 期 之 同 步 Major histocompatibility complex (MHC): A group of immune-related genes. Polymorphism-many different alleles. Source of unique body odors: signal individual s genotype. Women prefer the smell of men with MHCs not too similar to their own but also not too dissimilar (preferably containing parts of father s MHC). Vomeronasal organ is needed? Nonfunctional vestige ( 痕 跡 器 官 ) in humans. But the main olfactory system can detect MHC-related odors & pheromones. Parenting Copulation is not enough to ensure reproduction: Precocial ( 早 熟 性 的 ) : born in a relatively developed state and able to survive without maternal care, e.g., chicken, horse. Altricial ( 晚 成 性 的 ): born in an undeveloped state and depends on maternal care, e.g., human. Rat mothers (dams) show 4 easily measured maternal behaviors: Nest building, crouching over pups, retrieving pups, and nursing. Virgin female rats find the smell of pups aversive. Parabiotic exchange: surgical preparation joins two animals to share a single blood supply ( 有 福 同 享 有 難 同 當 through hormones in the blood). Promoting maternal behavior requires estrogens, progesterone, and prolactin. 刺 激 mpoa: oral maternal behaviors: licking and pup retrieval. 刺 激 Periaqueductal gray (PAG): crouching position for nursing pups. The pathway of olfactory bulb to medial amygdala to VMH is crucial for inhibiting maternal behavior (pups: aversive). Fig. 12.11 & 12 14
性 別 分 化 - 性 別 相 關 的 身 體 結 構 Sexual differentiation: develop either male-like or female-like bodies and behavior. 性 別 差 異 早 在 精 卵 結 合 起 就 被 決 定 了 (X vs. Y 染 色 體 ) 性 腺 (Gonads) 腦 部 性 相 關 結 構 (sex-related brain structure) 內 性 器 官 (internal sex organ) 外 性 器 官 (external sex organ) 這 些 結 構 的 差 異 是 由 染 色 體 逐 層 決 定 : Sex determination: decision is made for a fetus to develop as a male or a female. Y 染 色 體 決 定 性 腺, 性 腺 分 泌 性 激 素 兩 性 的 性 別 相 關 結 構 之 基 因 均 存 在 22 對 染 色 體 與 X 染 色 體 中 腦 部 性 結 構, 內 性 器 官 及 外 性 器 官 之 分 化 是 受 激 素 的 影 響 染 色 體 性 腺 腦 部 性 結 構 性 腺 發 育 內 外 性 器 官 性 別 差 異 行 為 人 類 性 別 之 形 成 有 性 生 殖 : 人 類 23 對 染 色 體 減 數 分 裂 時, 每 一 個 配 子 (gamete) 得 到 一 半, 最 後 一 對 染 色 體 XY, XX 所 以 所 產 生 之 配 子 決 定 後 代 的 性 別, 其 中 Y 染 色 體 對 發 展 有 決 定 性 的 作 用 有 性 生 殖 的 好 處 : 增 加 後 代 變 異 的 機 會, 使 得 適 應 環 境 變 動 的 能 力 增 加 性 選 擇 與 性 別 差 異 : 為 增 加 後 代 繁 衍 的 機 會, 動 物 會 選 擇 較 能 保 證 後 代 生 存 的 配 偶 卵 子 精 子 15
性 別 決 定 與 性 腺 發 育 Fig. 12.13 (page 369) 在 六 週 大 的 胎 兒 中, 均 有 一 套 未 分 化 的 性 腺, 可 以 變 成 睪 丸 (testis) 或 卵 巢 (ovary) 決 定 因 子 在 Y 染 色 體 的 基 因 為 SRY(sexdetermining region on the Y chromosome) 透 過 產 生 SRY 蛋 白 質 影 響 睪 丸 發 育 (testisdetermining): 有 它 作 用 下, 未 分 化 之 性 腺 睪 丸 無 它 則 未 分 化 之 性 腺 卵 巢 性 腺 分 化 完 成, 生 物 性 別 大 致 決 定, 其 後 的 過 程 是 來 自 性 腺 分 泌 的 一 串 連 鎖 反 應 ( 但 卵 巢 之 完 全 發 育 要 XX 並 存 ) Turner s Syndrome ( 性 染 色 體 只 有 XO), 睪 丸 及 卵 巢 均 不 發 育 性 腺 賀 爾 蒙 引 導 身 體 性 別 分 化 在 六 週 大 的 胎 兒 中, 均 有 一 套 未 分 化 的 性 腺, 可 以 變 成 睪 丸 (testis) 或 卵 巢 (ovary) (Fig. 12.13): Wolffian ducts (green): - 副 睪 (epididymis), 輸 精 管 (vas deferens), 精 囊 (seminal vesicles). Mullerian ducts (purple): - 輸 卵 管 (fallopian tubes), 子 宮 (uterus), 內 陰 道 (inner vagina). The system is masculinized by 2 testicular secretions: Testosterone: promote the development of the wolffian system. Anti-mullerian hormone (AMH): induce the regression of the mullerian system. Testosterone also acts on epithelial ( 上 皮 ) tissue: form the prostate gland ( 前 列 腺 ), scrotum ( 陰 囊 ), penis ( 陰 莖 ) aided by dihydrotestosterone ( 二 氫 睪 固 酮 DHT, a more potent androgen). The enzyme 5α reductase converts testosterone to dihydrotestosterone (DHT). 6 weeks 8 weeks 15 weeks 16
兩兔傍地走 - 雌雄莫辨 } } Turner s Syndrome (透納氏症):患者性染色體只有XO 睪丸及卵巢均不發育 但內 外生殖器均是正常之女性 其卵巢的發育不是很完整 可能因少一個X染色體 先天性腎上腺增生症 (Congenital adrenal hyperplasia, CAH):為先天性基因缺損所造 成 通常造成患者糖皮素 (corticosteroids) 分泌不足 增加androgens分泌 造成腎上 腺皮質異常的增生 在單純男性化型 (Simple virilizing type) 之患者 新生兒期雖不 至於有上述腎上腺之劇變 但因為雄性素大量分泌的 使得女嬰在胎兒期即發生外 陰部雄性化現象 以致於出生時常會發現有性器混淆或陰蒂過長之現象 } Intersex (雌雄同體人) : a form intermediate between typical male and typical female. Fig. 12.15 (page 368) An androgen-insensitive person } } } } } This person has male XY chromosome pattern. She is androgen-insensitive. Her body has developed in a feminine fashion. Androgen insensitivity syndrome (AIS). 安能辨我是雌雄 Fig. 12.16 (page 369) 17
性 別 分 化 與 性 別 角 色 Early in life: genetic (sex chromosomes) and hormonal mechanisms of embryonic sexual differentiation. Later in life: the effects of both hormones and experience. Fig. 12.14 (page 367) 性 激 素 的 組 織 作 用 組 織 作 用 (organizational effect):a permanent alteration of the nervous system, and thus permanent change in behavior, resulting from the action of a steroid hormone on an animal early in its development - contrast with 啟 動 效 用 (activational effect): transiently influences 動 物 具 有 執 行 兩 性 性 行 為 的 能 力, 激 素 的 組 織 效 用 使 其 分 化 出 生 後 無 雄 性 素 性 行 為 出 生 後 有 雄 性 素 性 行 為 雄 性 素 組 織 作 用 有 兩 個 效 果 : 行 為 去 雌 化 : 抑 制 雌 性 行 為 產 生 出 生 雌 性 卵 巢 切 除 + 雄 性 素 成 長 後 給 E + P 不 會 對 反 應 行 為 雄 性 化 : 增 強 雄 性 行 為 產 生 出 生 雌 性 卵 巢 切 除 + 雄 性 素 成 長 後 給 睪 丸 素 會 有 雄 性 性 行 為 組 織 作 用 具 有 敏 感 期 (sensitive period) 有 些 性 別 差 異 行 為 只 有 啟 動 效 用, 沒 有 組 織 效 用 性 激 素 具 有 性 器 官 腦 性 行 為 組 織 作 用 (organizational effect) 18
Testosterone (睪固酮) vs. Estradiol (雌二醇) } } } Big puzzle: newborn female rats 給予低劑量estradiol可以造成常久及成年期雄性化的 行為 (masculinity) even though fetus receives estrogen from mother. 兩者在結構上非常相似: } T is the precursor for the manufacture of estradiol in the ovary. } Aromatization (芳香轉化作用 via enzyme aromatase): converts T to E and androgens to other estrogens. } Aromatization hypothesis: testicular androgens enter the brain and are converted there into estrogens to masculinize the developing nervous system of some rodents. } α-fetoprotein: binds estrogens (but not testosterone) and prevents them from entering the brain. } e.g., unusual sexual differentiation of the spotted hyena (Box 12.1 hermaphrodites: 雌雄同體). In primates (including human), aromatization does not seem to play a role in masculinization of the nervous system (回顧 AIS cases). The aromatization hypothesis 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 雄性之睪丸釋放T進入血液 T進入大腦 在下視丘處有許多的 aromatase 將T轉換 成E } testosterone (經aromatase 芳香化酶) estradiol. E作用於estrogen 受器並進入到細胞核中 在核中進一步調控其他基因的開與關造 成抑制出現雌性行為的效果 來自母親及身體周邊的 E 會與αfetoprotein結合並在肝臟被代謝掉(阻止E 進入大腦 避免男性化) α-fetoprotein不會與t結合 (所以T可以任 意順著血流進入大腦) However, estrogens injections quickly flood bloodstream w/ hormone molecules, saturating the α-fetoprotein, allowing many estrogen molecules to enter the brain. Fig. 12.17 (page 372) 19
雌 性 內 性 器 官 的 發 育 雌 性 內 生 殖 器 之 發 育 不 需 要 任 何 雌 性 激 素 的 催 化 如 果 XX 染 色 體 者 在 胚 胎 時 期 受 到 androgen 的 影 響, 則 各 方 面 會 趨 向 雄 性 化 結 論 雌 性 是 身 體 的 基 本 設 定 雌 雄 兩 性 原 則 上 是 兩 個 不 同 的 向 度, 而 非 一 個 向 度 的 兩 個 端 點 雌 性 化 程 度 雄 性 化 程 度 Sexual dimorphism in the brain Song control regions in male songbirds: The nuclei control song are much larger in males than females (5-6 times in volume). Syrinx (the vocal organ in birds): RA (robustus archistriatum), HVC (higher vocal center). The preoptic area (POA) of rats: Sexually dimorphic nucleus of the POA (SDN-POA). 回 顧 前 面 性 行 為 部 分 : medial preoptic area (mpoa). Fits organizational hypothesis and aromatization hypothesis The spinal cord in mammals: control sexual responses. SNB (spinal nucleus of the bulbocavernosus ). Fig. 12.18 (page 374) 20
The sensitive period of SDN-POA Fig. 12.19 (page 375) Sexually dimorphic nucleus of the POA (SDN-POA) T can permanently enlarge the SDN-POA in rats, but only if given during a sensitive period early in life. Sexual differentiation of the SNB Spinal nucleus of the bulbocavernosus (SNB) Male Fig. 12.20 (page 376) Female Ventral The importance of testosterone (androgen receptors) and trophic factors. Onuf s nucleus: the human homolog of the SNB in rats (bulbocavernosus muscle: control penis -- is larger in men who have more Onuf s motoneurons). 21