在脊椎動物中，決定性別的系統存在多種分配方式，有胎盤哺乳類與有袋類所採用的 XY 系統，鳥類的 ZW 系統，以及爬行類與兩生類中各式各樣、彼此來源不同的機制。而哺乳類中的單孔目（Monotremata）動物，例如鴨嘴獸（Ornithorhynchus anatinus）與針鼴科（Tachyglossidae），顯得格外特立獨行。這類動物在演化上與其他哺乳類分道揚鑣的時間可追溯至約 1.88 億年前的侏羅紀早期。
過去研究指出，鴨嘴獸的雄性擁有 5 條 X 與 5 條 Y（5X+5Y）性染色體，雌性則擁有 5 對 X（5X+5X）性染色體。而澳洲針鼴（Tachyglossus aculeatus）的性染色體在雄性是 5 條 X 與 4 條 Y（5X+4Y），雌性為 5 對 X（5X+5X）。特別的是，雄性在進行減數分裂時，會形成一條由 10 條染色體首尾相接而成的鏈狀結構，其排列順序呈現 X 與 Y 輪流相接 X₁–Y₁–X₂–Y₂–X₃–Y₃–X₄–Y₄–X₅–(Y₅) 的形式，最後生產的兩種精子分別是 X₁X₂X₃X₄X₅ 與 Y₁Y₂Y₃Y₄(Y₅)。這種配置方式與人類的 XY 系統完全不同，也不包含典型哺乳類 Y 染色體上的性別決定基因，SRY 基因。
鴨嘴獸核型（圖片來源：Rens W et al. (2007)，採用 CC BY 2.0 授權。）
鴨嘴獸核型（圖片來源：Rens W et al. (2007)，採用 CC BY 2.0 授權。）
雄性減數分裂的鏈狀性染色體 （圖片來源：Marshall Graves JA .(2016)，採用 CC BY-NC-ND 4.0 授權）
單孔目動物在沒有 SRY 基因的情況下，究竟是如何決定性別的？有項研究聚焦於一個在脊椎動物中早已耳熟能詳的蛋白質，抗米勒管激素（anti-Müllerian hormone，AMH）。在胎盤哺乳動物中，抗米勒管激素並不是性別決定因子，而是在睪丸形成後，由塞托利氏細胞（Sertoli cell）分泌，負責抑制原本會發育成子宮與輸卵管的米勒管（Müllerian duct，又稱中腎旁管，paramesonephric duct）。然而，在胎盤哺乳動物之外，有部分其他脊椎動物會將抗米勒管激素，或其雄性特有版本，作為決定性別的核心基因，例如哈奇氏牙漢魚（Odontesthes hatcheri）。在單孔目動物的部分，鴨嘴獸的第五號 Y 染色體與澳洲針鼴的第三號 Y 染色體上，存在一個雄性專屬的 AMH 基因拷貝，被命名為 AMHY，很可能就是單孔目動物的性別決定基因。而 X 染色體上的對應版本則稱為 AMHX，位於鴨嘴獸與澳洲針鼴的第一號 X 染色體上。
米勒管（桃紅）（A）潛能性腺（bipotential gonad）；（B）雄性性腺（+SRY）；（C）雌性性腺（圖片來源：Teixeira J et al (2008)，採用 CC BY 3.0 授權）
為了理解 AMHY 與 AMHX 基因是如何從 AMH 基因演化出兩個版本，研究中發現，在單孔目共同祖先中，AMH 基因所在的染色體區段曾發生過一次倒位（chromosomal inversion）事件，導致原本的兩個等位基因走上不同的演化道路。AMHX 保留了與其他四足動物高度相似的基因排列與調控環境，而 AMHY 則在演化上發生過高度重組，且具有高比例的重複序列。這樣的結構差異，意味著 AMHY 基因當初被倒位於一個全新的調控背景中，為後續功能轉變鋪路。
不同物種 AMH 基因的外顯子（藍）與內含子（灰）比例（圖片來源：Shearwin-Whyatt L et al. (2025)，採用 CC BY-NC-ND 4.0 授權）
從序列層面來看，AMHX 與 AMHY 之間在 DNA 的相似度約在 62%，而蛋白質則約在 52 %。其相似度都明顯低於同一基因在鴨嘴獸與澳洲針鼴的比較，這場分化可能發生得非常早，推估至少能追溯到一億年前。儘管如此，這兩個蛋白仍保留了轉化生長因子-β（TGF-β）家族成員的關鍵結構。此外，其蛋白質的三維構型非常相似，意思是兩者很可能仍能透過抗米勒管激素受體（AMH receptor）啟動訊號傳遞，只是在功能上有微調。
於是真正關鍵的決定因素很可能來自於基因表達時間序與位置，AMHY 基因在雄性澳洲針鼴未發育的潛能性腺（bipotential gonad）中，從最早可辨識的發育階段開始便持續表達，並且完全侷限於雄性個體；相反地，AMHX 則在雌、雄性腺中皆有表達。
此外，胎盤哺乳類的 SOX9 基因會在雄性性腺中被 SRY 轉錄因子啟動，隨後才引發 AMH 基因的表達；但澳洲針鼴的 SOX9 與 AMHX 蛋白在雌、雄性腺的早期階段就已同時存在。澳洲針鼴的發育資料顯示，在性腺發育的早期階段，DMRT1 和 GATA1 這兩個轉錄因子就已經在雄性個體的性腺中存在，並結合於 AMHY 基因的啟動子上調其表達量，而在雌性個體中則幾乎沒有這些基因的表達。這樣的配置暗示，單孔目動物可能延續了一套較接近原始哺乳類動物的性別調控邏輯，與胎盤哺乳類完全不同。
以目前的染色體結構、基因組與胚胎發育證據來看，單孔目動物的性別決定機制並非哺乳類演化史上的奇特例外，而更像是一扇保留下來的演化窗口。讓我們一窺在 SRY 基因尚未出現之前，哺乳類祖先可能曾採用過的性別調控邏輯。
作者：水也佑
參考文獻：
1. Shearwin-Whyatt L et al. (2025). AMHY and sex determination in egg-laying mammals. Genome Biology.
2. Zhou Y et al. (2025). Chromosome-lev el ec hidna genome illuminates evolution of multiple sex chromosome system in monotremes. GigaScience.
3. Grützner F et al. (2004). In the platypus a meiotic chain of ten sex chromosomes shares genes with the bird Z and mammal X chromosomes. Nature.
4. Rens W et al. (2007). The multiple sex chromosomes of platypus and echidna are not completely identical and several share homology with the avian Z. Genome Biology.
5. Rens W et al. (2004). Resolution and evolution of the duck-billed platypus karyotype with an X1Y1X2Y2X3Y3X4Y4X5Y5 male sex chromosome constitution. Proc Natl Acad Sci USA.
6. Marshall Graves JA. (2016). How Australian mammals contributed to our understanding of sex determination and sex chromosomes. Aust J Zool.
