大家还记得中学生物课上在显微镜下见到的草履虫吧？下面要说的主角四膜虫和草履虫一样是单细胞真核动物，这俩家伙长得还有点像。四膜虫也是生物学的模式动物，曾在营养和药物研究中表现不凡，是分子生物学的大功臣之一，它先后帮助过几位科学家摘取了诺贝尔奖的桂冠。
实验动物们是没有隐私的，四膜虫也是一样。而作为一种模式动物，四膜虫的方方面面都更受到科学家的关注，于是四膜虫的的“婚恋”行为就暴露在了科学家的目光之下，看得这个仔细呀，竟然发现了四膜虫有7种性别。想象一下，科学家整日眼睛盯着显微镜的视野，等着四膜虫们恋爱、结婚时的无聊与无奈吧！于是，科学家发现，四膜虫简直太挑战人类道德观了，竟然有七种性别。每个四膜虫的性别形成是完全随机的，根本和“父母”是什么样的性别没有关系。这又是怎么回事呢？
科学家发现，四膜虫细胞中具有典型的核双型现象，即在细胞中同时存在两个细胞核，大核和小核。小核负责生殖，含5对染色体。四膜虫在环境条件好时会进行无性生殖，这时，小核内的基因转录处于沉默状态，只休息不工作。大核是由小核产生的，负责日常的生命活动，基因的转录和表达水平都很高。当周围环境不利时，四膜虫进行接合生殖，这时，诡异的性别决定现象就发生了。先算一道数学题。以四膜虫的7种性别，如果任意两种可以自由交配，每一种性别内部不能交配，那么应该有7×6÷2=21种交配组合。如果只有特定的性别之间才可以交配，这道排列组合题目就显得太难了。
恭喜你，四膜虫选择了前一种方式。在四膜虫的接合生殖过程中，两个作为“父母”的四膜虫的细胞中大核消失，小核结合在一起成为接合核，然后，这个接合核继续分裂，产生子代四膜虫的大核和小核，在这个过程中，子代的性别被确定下来。而性别的确定却有一套略微复杂的机制。
四膜虫的7种性别来自于不同的7种“性别决定”蛋白质，而不是7种不同的生殖系统，千万别忘了四膜虫是单细胞生物。如果两个四膜虫的“性别决定”蛋白质完全一样，它们之间就不能进行有性生殖。决定四膜虫的交配类型，即四膜虫的性别，是一对基因，叫做MTA/MTB基因对。在7种交配型中，这个基因对的基因序列都有所不同。然而即便有所不同，这些基因序列仍然非常相似，显示出这些基因序列亲缘关系很近，可能来自于共同的祖先。接合生殖中新形成的四膜虫大核的基因组里，只有一种特定的MTA/MTB基因对，决定了新形成的四膜虫的性别。
2013年3月26日发表于《PLOS Biology》上的一项研究详尽地阐述了上述机制。但是有趣的是，这项研究中采用的并不是7性别四膜虫，而是6性别四膜虫，因此，在这类四膜虫的小核基因组里，则只有6种MTA/MTB基因对，每种基因对对应一种交配型。小核如何在指导大核形成时，只在大核里保留了一种基因对？这六种基因对在小核里如糖葫芦般串在一起，排列的顺序完全随机，并且每个基因都是不完整的，缺乏首尾两端的启动子和终止子。在子代四膜虫的大核发育过程中，小核的6种基因对进行随机的剪切和连接，有五种会被删除掉，余下的一种来决定未来的性别。这样，就形成了6种性别。而在7性别四膜虫中，则是在7种MTA/MTB中七选一，删除六种，留下一种。
那么，四膜虫折腾出这么眼花缭乱的性别，是为什么？原来，它们是借此保护子代的多样性，以便适应恶劣的环境。这样，不管环境多恶劣，它的手头总有应急预案在。
（作者：许秀华）