Giới tính

Giới tính là đặc điểm quyết định việc một động vật hoặc thực vật sinh sản hữu tính, tạo ra giao tử đực hoặc cái. Hầu hết các loài sinh vật được phân loại thành hai giới tính (giống) là 'đực' và 'cái', mỗi giới tính có nhiều đặc điểm khác nhau về hình thái, cấu trúc, sinh lý,... và đặc biệt là cấu tạo cơ quan sinh sản, hormone và nhiễm sắc thể giới tính. Ví dụ điển hình như sự khác biệt giữa nam và nữ, gà trống và gà mái, v.v... Đối với loài người, chỉ có hai kiểu giới tính: nam và nữ. Một số phương tiện truyền thông còn sử dụng khái niệm 'giới tính thứ ba' để chỉ người đồng tính hoặc chuyển giới, nhưng thực tế khái niệm này không chính xác. Khác với giới tính, đồng tính là một xu hướng tình dục, người đồng tính vẫn thuộc về Nam hoặc Nữ chứ không phải là một giới tính riêng.

Sinh sản hữu tính là quá trình bao gồm sự kết hợp và pha trộn các đặc điểm di truyền: các tế bào đặc biệt được gọi là giao tử kết hợp với nhau tạo thành phôi, mang các tính trạng từ cả cha và mẹ. Giao tử của giống đực thường có kích thước nhỏ (ví dụ như tinh trùng ở động vật; phấn hoa ở thực vật có hạt), trong khi giao tử của giống cái thường lớn hơn (trứng hoặc noãn). Loài sinh vật nào có khả năng tạo ra cả giao tử đực và cái được gọi là loài lưỡng tính (như loài ốc sên).

Quá trình hình thành giới tính (đực hay cái) của một cá thể bắt đầu từ hợp tử, kết quả của sự kết hợp giữa giao tử đực và giao tử cái.

Thường có sự khác biệt rõ rệt về thể chất giữa các giới tính khác nhau của một loài; những dị hình giới tính này có thể phản ánh những áp lực sinh sản đặc thù mà mỗi giới tính phải đối mặt. Ví dụ, việc lựa chọn bạn đời và chọn lọc giới tính có thể thúc đẩy sự tiến hóa trong sự khác biệt thể chất giữa hai giới tính (chẳng hạn như sư tử đực có bờm lông ở cổ, trong khi sư tử cái thì không). Ở người và nhiều động vật có vú khác, con đực thường mang nhiễm sắc thể X và Y (XY), trong khi con cái mang hai nhiễm sắc thể X (XX), nằm trong hệ thống xác định giới tính XY. Những loài khác có các hệ thống xác định giới tính riêng, như hệ thống ZW ở chim, hệ thống X0 ở côn trùng và các hệ thống môi trường khác, ví dụ ở động vật giáp xác. Nấm cũng có thể có hệ thống giao phối phức tạp hơn, không thể phân loại chính xác là đực, cái hay lưỡng tính.

Tổng quan

Một trong những đặc tính cốt lõi của sự sống là khả năng sinh sản, tức là tạo ra các cá thể mới, và giới tính là một phần không thể thiếu trong quá trình này. Sự sống đã tiến hóa từ những giai đoạn đơn giản đến phức tạp hơn, và các cơ chế sinh sản cũng vậy. Ban đầu, sinh sản là quá trình sao chép, tạo ra các cá thể mới có thông tin di truyền giống như cá thể gốc hoặc cha mẹ. Chế độ sinh sản này gọi là vô tính, và nó vẫn được nhiều loài sử dụng, đặc biệt là vi sinh vật đơn bào, nhưng cũng rất phổ biến ở các sinh vật đa bào, bao gồm nhiều loài có khả năng sinh sản hữu tính. Trong sinh sản hữu tính, vật liệu di truyền của cá thể con đến từ hai cá thể khác nhau. Khi sinh sản hữu tính phát triển qua thời gian, các giai đoạn trung gian xuất hiện. Chẳng hạn, vi khuẩn có thể sinh sản vô tính nhưng cũng trải qua quá trình chuyển giao một phần vật liệu di truyền giữa các vi khuẩn.

Bất chấp sự tồn tại của các giai đoạn trung gian, sự khác biệt chính giữa sinh sản vô tính và hữu tính là cách thức xử lý vật liệu di truyền. Thông thường, trước khi phân chia vô tính, một tế bào sẽ nhân đôi thông tin di truyền của nó và sau đó thực hiện quá trình phân chia. Quá trình này được gọi là nguyên phân. Trong sinh sản hữu tính, có những loại tế bào đặc biệt phân chia mà không cần sao chép vật liệu di truyền của mình trước, trong một quá trình gọi là giảm phân. Các tế bào thu được từ quá trình này được gọi là giao tử và chỉ chứa một nửa vật liệu di truyền của tế bào cha. Những giao tử này là các tế bào sẵn sàng cho quá trình sinh sản hữu tính của sinh vật. Giới tính bao gồm các cấu trúc cho phép sinh sản hữu tính và đã phát triển cùng với hệ thống sinh sản, bắt đầu với các giao tử tương tự (isogamy) và tiến đến các hệ thống có loại giao tử khác nhau, như giao tử cái lớn (noãn) và giao tử đực nhỏ (tinh trùng).

Trong các sinh vật phức tạp, cơ quan sinh dục là bộ phận liên quan đến việc sản xuất và trao đổi giao tử trong quá trình sinh sản hữu tính. Nhiều loài, bao gồm cả thực vật và động vật, có sự phân chia theo giới tính, với quần thể được chia thành các cá thể đực và cái. Ngược lại, một số loài không có sự chuyên môn hóa giới tính, với các cá thể tương tự đều có cả cơ quan sinh sản đực và cái, được gọi là lưỡng tính. Điều này rất phổ biến trong giới thực vật.

Quá trình phát triển

Sinh sản hữu tính có lẽ đã tiến hóa khoảng một tỷ năm trước trong tổ tiên của các sinh vật nhân thực đơn bào. Nguyên nhân cho sự phát triển của giới tính, cũng như lý do nó vẫn tồn tại đến nay, vẫn đang là vấn đề gây tranh cãi. Một số lý thuyết hợp lý bao gồm: giới tính tạo ra sự khác biệt giữa các cá thể, tình dục giúp truyền bá các đặc điểm có lợi, giới tính giúp loại bỏ các đặc điểm bất lợi và giới tính hỗ trợ trong việc sửa chữa dòng mầm DNA.

Sinh sản hữu tính là quá trình đặc trưng cho các sinh vật nhân thực, những sinh vật có tế bào chứa nhân và ty thể. Ngoài động vật, thực vật và nấm, các sinh vật nhân chuẩn khác (chẳng hạn như ký sinh trùng sốt rét) cũng tham gia vào sinh sản hữu tính. Một số vi khuẩn sử dụng liên hợp để chuyển giao vật liệu di truyền giữa các tế bào; điều này khác với sinh sản hữu tính, nhưng cũng dẫn đến sự pha trộn các đặc điểm di truyền.

Điểm đặc trưng của sinh sản hữu tính ở sinh vật nhân thực là sự phân biệt giữa giao tử và tính chất hai chiều trong quá trình thụ tinh. Sự đa dạng của các loại giao tử trong một loài vẫn được xem là hình thức sinh sản hữu tính. Tuy nhiên, không tồn tại loại giao tử thứ ba nào được ghi nhận ở thực vật hoặc động vật đa bào.

Mặc dù sự tiến hóa của quan hệ tình dục có thể bắt nguồn từ thời kỳ prokaryote hoặc eukaryote sớm, nhưng nguồn gốc của việc xác định giới tính qua nhiễm sắc thể có thể đã xuất hiện từ rất sớm ở sinh vật nhân chuẩn. Trong số động vật, có bốn hệ thống xác định giới tính, hệ thống này phụ thuộc vào một nhiễm sắc thể đặc biệt.

• Trong hệ thống xác định giới tính X0, con đực mang một nhiễm sắc thể X (X0), trong khi con cái có hai nhiễm sắc thể X (XX). Hệ thống này xuất hiện ở hầu hết các loài nhện, côn trùng như bọ hạc (Apterygota), chuồn chuồn (Paleoptera) và châu chấu (Exopterygota), cùng với một số giun tròn, giáp xác và động vật chân bụng.
• Trong hệ thống xác định giới tính Z0, con đực sở hữu hai nhiễm sắc thể Z, trong khi con cái chỉ có một nhiễm sắc thể Z. Hệ thống này được tìm thấy ở một số loài bướm đêm.
• Hệ thống xác định giới tính ZW, trong đó con đực có hai nhiễm sắc thể Z và con cái có một nhiễm sắc thể Z cùng một nhiễm sắc thể W, vì vậy giao tử cái quyết định giới tính con cái. Hệ thống này được áp dụng cho các loài chim, một số loài cá và giáp xác.
• Trong hệ thống xác định giới tính XY, con đực có một nhiễm sắc thể X và một nhiễm sắc thể Y, do đó giao tử sẽ xác định giới tính của cá thể cái. Hệ thống này phổ biến ở hầu hết các loài động vật có vú và một số loài côn trùng.

Hệ thống xác định giới tính ZW được các loài chim, một số loài cá và một số loài giáp xác áp dụng. Hệ thống XY được sử dụng bởi phần lớn động vật có vú, cùng với một số côn trùng và thực vật như Silene latifolia. Xác định giới tính X0 thấy ở phần lớn loài nhện, côn trùng như cá bạc (Aptergota), chuồn chuồn (Paleoptera) và châu chấu (Exopterygota), cùng với một số tuyến trùng, động vật giáp xác và chân bụng.

Không có gen nào được chia sẻ giữa nhiễm sắc thể ZW của gia cầm và XY của động vật có vú. So sánh giữa gà và người cho thấy nhiễm sắc thể Z tương đồng với nhiễm sắc thể thường số 9 ở người thay vì là X hoặc Y, cho thấy hệ thống xác định giới tính ZW và XY không có nguồn gốc chung, nhưng các nhiễm sắc thể giới tính lại bắt nguồn từ nhiễm sắc thể thường của tổ tiên chung giữa chim và động vật có vú. Một nghiên cứu năm 2004 đã so sánh nhiễm sắc thể Z của gà với nhiễm sắc thể X của thú mỏ vịt và chỉ ra rằng hai hệ thống này có mối liên hệ với nhau.

Sinh sản hữu tính

Sinh sản hữu tính ở sinh vật nhân thực là quá trình mà sinh vật sinh ra thế hệ mới thông qua việc kết hợp các tính trạng di truyền từ cả cha và mẹ. Nhiễm sắc thể được chuyển giao từ thế hệ này sang thế hệ khác trong suốt quá trình này. Mỗi tế bào con sẽ nhận được một nửa số nhiễm sắc thể từ mẹ và nửa còn lại từ bố. Các đặc điểm di truyền được lưu giữ trong DNA của nhiễm sắc thể — khi kết hợp một nhiễm sắc thể từ mỗi phụ huynh, sinh vật mới hình thành sẽ có bộ nhiễm sắc thể lưỡng bội. Giai đoạn nhiễm sắc thể kép này được gọi là 'lưỡng bội', trong khi giai đoạn nhiễm sắc thể đơn được gọi là 'đơn bội'. Các sinh vật lưỡng bội có khả năng sản sinh các tế bào đơn bội (giao tử) chứa ngẫu nhiên một trong mỗi cặp nhiễm sắc thể qua quá trình giảm phân. Giảm phân cũng liên quan đến giai đoạn trao đổi chéo nhiễm sắc thể, trong đó các đoạn DNA được trao đổi giữa các nhiễm sắc thể tương đồng, tạo thành các cặp nhiễm sắc thể mới. Lai xa và thụ tinh (sự tái tổ hợp của các bộ nhiễm sắc thể đơn để tạo ra thể lưỡng bội mới) dẫn đến sự xuất hiện của sinh vật mới với các tính trạng di truyền khác biệt so với bố mẹ.

Ở nhiều sinh vật, giai đoạn đơn bội chỉ còn lại các giao tử biệt hóa để tái tổ hợp và hình thành sinh vật lưỡng bội mới. Trong thực vật, sinh vật lưỡng bội sản sinh ra các bào tử đơn bội, và các bào tử này trải qua phân bào để tạo ra sinh vật đơn bội đa bào gọi là thể giao tử, thể giao tử này sẽ sản sinh giao tử đơn bội khi trưởng thành. Trong cả hai trường hợp, giao tử có thể tương đồng về ngoại hình, đặc biệt là kích thước (sự đẳng giao), hoặc có thể tiến hóa không đối xứng, dẫn đến sự khác biệt về kích thước và các đặc điểm khác (sự dị giao). Theo quy tắc, giao tử lớn hơn (được gọi là noãn hoặc tế bào trứng) được xem là của con cái, trong khi giao tử nhỏ hơn (gọi là tinh trùng hoặc tế bào sinh tinh) thuộc về con đực. Một cá thể chỉ tạo ra giao tử lớn là cái và một cá thể chỉ sản xuất giao tử nhỏ là đực. Cá thể sản sinh cả hai loại giao tử được xem là lưỡng tính; trong một số trường hợp, các loài lưỡng tính có khả năng tự thụ tinh và sinh con mà không cần đến cá thể thứ hai.

Động vật

Hầu hết các loài động vật sinh sản hữu tính đều tồn tại dưới dạng lưỡng bội, trong đó giai đoạn đơn bội được rút gọn thành giao tử đơn bào. Giao tử của động vật gồm hai loại: đực và cái - tinh trùng và tế bào trứng. Các giao tử này kết hợp để hình thành phôi, từ đó phát triển thành một sinh vật mới.

Giao tử đực, tức là tinh trùng (được sản xuất trong tinh hoàn của động vật có xương sống), là một tế bào nhỏ với một roi dài duy nhất giúp nó di chuyển. Tinh trùng rất nhỏ bé và thiếu nhiều thành phần tế bào cần thiết cho sự phát triển của phôi. Chúng chủ yếu phục vụ cho việc di chuyển, tìm kiếm tế bào trứng và kết hợp trong quá trình thụ tinh.

Giao tử cái là tế bào trứng (được tạo ra trong buồng trứng ở động vật có xương sống), là các tế bào lớn, không di động, chứa các chất dinh dưỡng và thành phần cần thiết cho sự phát triển của phôi. Tế bào trứng thường liên kết với các tế bào khác để hỗ trợ sự phát triển của phôi, hình thành nên trứng. Ở động vật có vú, phôi sau khi thụ tinh phát triển bên trong cơ thể con cái, nhận chất dinh dưỡng trực tiếp từ mẹ.

Động vật thường di chuyển và tìm kiếm bạn tình khác giới để giao phối. Những loài sống dưới nước có thể thụ tinh ngoài, khi trứng và tinh trùng được phóng thích và kết hợp trong nước. Ngược lại, hầu hết động vật sống trên cạn sử dụng thụ tinh bên trong, truyền tinh trùng trực tiếp vào con cái để tránh cho các giao tử bị khô.

Ở hầu hết các loài chim, cả quá trình bài tiết lẫn sinh sản đều diễn ra qua một lỗ duy nhất, gọi là lỗ huyệt — chim đực và chim cái tiếp xúc với lỗ huyệt để truyền tinh trùng, được gọi là 'hôn lỗ huyệt'. Trong nhiều loài động vật trên cạn khác, con đực sử dụng các cơ quan sinh dục chuyên biệt để vận chuyển tinh trùng, gọi là dương cụ. Ở người và các động vật có vú khác, cơ quan này là dương vật, xâm nhập vào đường sinh sản của con cái (âm đạo) để thực hiện thụ tinh — quá trình này được gọi là giao hợp. Dương vật có một ống dẫn tinh dịch (chứa tinh trùng) đi qua đó. Ở động vật có vú cái, âm đạo kết nối với tử cung, nơi hỗ trợ sự phát triển của phôi đã thụ tinh (quá trình mang thai).

Với khả năng di chuyển của mình, hành vi giao phối ở động vật có thể liên quan đến tình dục cưỡng bức. Ví dụ, một số loài côn trùng thực hiện thụ tinh thông qua chấn thương trên cơ thể con cái, điều này có thể gây hại cho sức khỏe của chúng.

Thực vật

Tương tự như động vật, thực vật cũng có các giao tử đực và cái riêng biệt. Trong thực vật có hạt, giao tử đực được hình thành từ các giao tử đa bào cực kỳ suy giảm gọi là hạt phấn. Giao tử cái của cây có hạt nằm trong noãn; sau khi được thụ tinh bởi giao tử đực từ phấn hoa, những hạt này sẽ phát triển thành hạt giống, chứa các chất dinh dưỡng cần thiết cho sự phát triển của phôi.

Nhiều loài thực vật có hoa và đây chính là cơ quan sinh dục của chúng. Hoa thường mang tính lưỡng tính, sản xuất cả giao tử đực và cái. Các bộ phận cái nằm ở trung tâm bông hoa gọi là nhụy, mỗi nhụy bao gồm một lá noãn, một vòi nhụy và một đầu nhụy. Một hay nhiều nhụy có thể kết hợp để tạo thành nhụy hoa kép. Bên trong lá noãn có noãn sẽ phát triển thành hạt sau khi được thụ tinh. Bộ phận đực của hoa là nhị hoa: gồm các sợi dài nằm giữa nhụy và cánh hoa, sản xuất phấn hoa trong bao phấn ở đầu. Khi hạt phấn chạm vào đầu nhụy, nó sẽ nảy mầm, tạo thành ống phấn đi xuống qua mô của lá noãn, mang theo các nhân giao tử đực để thụ tinh với noãn, cuối cùng phát triển thành hạt giống.

Ở cây thông và các loài lá kim khác, cơ quan sinh dục gồm các hạt trần mang tính đực và cái. Nón cái - thường có kích thước lớn hơn - bền chắc hơn, chứa các noãn bên trong. Nón đực nhỏ hơn và sản xuất phấn hoa, được gió mang đến nón cái. Giống như hoa, hạt sẽ hình thành trong nón cái sau quá trình thụ phấn.

Do thực vật không di động, chúng phải dựa vào các phương pháp thụ động để chuyển phấn hoa đến cây khác. Nhiều loài thực vật, như cây lá kim và cỏ, tạo ra phấn hoa nhẹ, được gió mang đi. Một số loài khác có phấn hoa dính, nặng hơn, để nhờ động vật vận chuyển. Thực vật thu hút côn trùng hoặc động vật lớn như chim ruồi và dơi bằng những bông hoa chứa mật. Những động vật này mang phấn hoa khi di chuyển giữa các bông hoa, đồng thời giúp thụ phấn cho các cơ quan sinh sản cái của chúng.

Nấm

Hầu hết các loài nấm sinh sản hữu tính đều có cả giai đoạn đơn bội và lưỡng bội trong chu kỳ sống. Những loại nấm này thường là dị giao, không phân biệt rõ ràng giữa đực và cái: nấm đơn bội tiếp xúc và sau đó kết hợp các tế bào của chúng. Trong một số trường hợp, sự hợp nhất không đối xứng, và tế bào chỉ chứa một nhân (không có vật chất tế bào đi kèm) có thể được coi là 'đực'. Nấm cũng có thể có hệ thống giao phối với các alen phức tạp hơn, với nhiều giới tính không được mô tả rõ ràng như đực, cái hoặc lưỡng tính.

Một số loại nấm, bao gồm cả nấm men trong làm bánh, có kiểu giao phối tạo ra sự lưỡng tính tương tự như vai trò nam và nữ. Nấm men cùng kiểu giao phối sẽ không kết hợp với nhau để tạo thành tế bào lưỡng bội mà chỉ kết hợp với nấm men mang kiểu giao phối khác.

Nhiều loài nấm bậc cao tạo ra nấm như một phần của quá trình sinh sản hữu tính. Trong các nấm này, tế bào lưỡng bội sẽ phân chia thành các bào tử đơn bội. Chiều cao của nấm hỗ trợ cho sự phát tán của các con cái được sinh sản hữu tính.

Xác định giới tính

Hệ thống sinh dục cơ bản nhất là hệ thống trong đó tất cả các sinh vật đều lưỡng tính, tạo ra cả giao tử đực và cái. Điều này đúng với một số động vật như ốc sên và hầu hết các loài thực vật có hoa. Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp, sự chuyên biệt hóa giới tính đã phát triển đến mức một số sinh vật chỉ sản xuất giao tử đực hoặc chỉ cái. Nguyên nhân sinh học dẫn đến sự phát triển giới tính này được gọi là sự xác định giới tính. Nguyên nhân có thể do di truyền hoặc không di truyền. Đối với động vật và các sinh vật khác có hệ thống xác định giới tính di truyền, yếu tố quyết định có thể là sự hiện diện của nhiễm sắc thể giới tính hoặc các biến thể di truyền khác. Ở các loài thực vật như loài rêu tảo Marchantia polymorpha và loài thuộc chi Cây Bắt Ruồi, giới tính có thể được xác định bởi nhiễm sắc thể giới tính. Các hệ thống phi di truyền có thể bị ảnh hưởng bởi yếu tố môi trường, chẳng hạn như nhiệt độ trong quá trình phát triển ban đầu ở cá sấu, ảnh hưởng đến việc xác định giới tính của con cái.

Trong phần lớn các loài có sự chuyên biệt hóa giới tính, các sinh vật được phân loại là đực (chỉ sản xuất giao tử đực) hoặc cái (chỉ sản xuất giao tử cái) được gọi là hệ thống dioecy. Một số trường hợp ngoại lệ phổ biến, như giun đũa C.elegans, có một giới tính lưỡng tính và một giới tính đực, được gọi là hệ thống androdioecy.

Đôi khi, một cá thể sinh vật mang các đặc điểm giới tính của cả hai giới và những tình trạng này được gọi là liên giới tính. Chúng có thể được hình thành do số lượng bất thường của nhiễm sắc thể giới tính hoặc sự bất thường về hormone trong quá trình phát triển của thai nhi. Một số cá thể liên giới tính thường được gọi là 'lưỡng tính'; nhưng khác với các cá thể lưỡng tính sinh học, các cá thể liên giới tính thường không có khả năng sinh sản ở cả hai giới. Một số loài có thể có cá thể lưỡng tính.

Di truyền

Trong hệ thống xác định giới tính di truyền, giới tính của một sinh vật được xác định bởi bộ gen mà nó thừa hưởng. Sự xác định giới tính này thường phụ thuộc vào các nhiễm sắc thể giới tính không đối xứng, có ảnh hưởng đến sự phát triển; giới tính có thể được xác định bởi sự hiện diện của một nhiễm sắc thể giới tính hoặc dựa vào số lượng sinh vật có. Xác định giới tính di truyền thường dẫn đến tỷ lệ gần như 1:1 giữa con đực và con cái.

Con người và hầu hết các loài động vật có vú khác sử dụng hệ thống xác định giới tính XY: nhiễm sắc thể Y mang các yếu tố quyết định sự phát triển của nam giới. 'Giới tính mặc định' khi không có nhiễm sắc thể Y là giống cái. Do đó, động vật có vú có nhiễm sắc thể XX là cái và XY là đực. Ở người, giới tính sinh học được xác định bởi năm yếu tố từ khi sinh ra: sự hiện diện hay vắng mặt của nhiễm sắc thể Y, loại tuyến sinh dục, nội tiết tố sinh dục, cấu trúc sinh sản bên trong (như tử cung ở nữ), và cơ quan sinh dục ngoài.

Hệ thống xác định giới tính XY cũng xuất hiện ở các sinh vật khác, bao gồm cả ruồi giấm thông thường và một số loài thực vật. Trong một số trường hợp, như ở ruồi giấm, số lượng nhiễm sắc thể X quyết định giới tính thay vì sự hiện diện của nhiễm sắc thể Y (xem chi tiết bên dưới).

Ở các loài chim có hệ thống xác định giới tính ZW, tình hình ngược lại: nhiễm sắc thể W mang các yếu tố chịu trách nhiệm cho sự phát triển giới tính cái, trong khi nhiễm sắc thể còn lại xác định giới tính đực. Trong hệ thống này, các cá thể ZZ là đực và ZW là cái. Phần lớn các loài bướm và bướm đêm cũng sử dụng hệ thống xác định giới tính ZW. Trong cả hai hệ thống XY và ZW, nhiễm sắc thể giới tính mang các yếu tố quan trọng thường nhỏ hơn đáng kể, nhưng vẫn chứa nhiều gen cần thiết để kích hoạt sự phát triển của một giới tính nhất định.

Nhiều loài côn trùng áp dụng hệ thống xác định giới tính dựa vào số lượng nhiễm sắc thể. Hệ thống này được gọi là xác định giới tính X0, trong đó số 0 biểu thị sự thiếu hụt nhiễm sắc thể giới tính. Các nhiễm sắc thể khác của chúng đều ở trạng thái lưỡng bội, nhưng có thể thừa hưởng một hoặc hai nhiễm sắc thể X. Ví dụ, ở dế ruộng, côn trùng với một nhiễm sắc thể X đơn lẻ sẽ phát triển thành con đực, trong khi những cá thể có hai nhiễm sắc thể sẽ thành con cái. Ở giun tròn C. elegans, phần lớn giun là lưỡng tính XX tự thụ tinh, nhưng đôi khi có những bất thường di truyền khiến một số cá thể chỉ mang một nhiễm sắc thể X; những cá thể X0 này sẽ là con đực có khả năng sinh sản (và một nửa con của chúng cũng là đực).

Một số loài côn trùng khác như ong mật và kiến áp dụng hệ thống xác định giới tính đơn bội. Trong trường hợp này, các cá thể lưỡng bội thường là con cái, trong khi các cá thể đơn bội (phát triển từ trứng chưa được thụ tinh) là con đực. Hệ thống này dẫn đến tỷ lệ giới tính không cân bằng, vì giới tính của con cái được quyết định bởi sự thụ tinh chứ không phải sự phân chia của các nhiễm sắc thể trong quá trình giảm phân.

Không di truyền

Đối với nhiều loài, giới tính không được xác định bởi các đặc điểm di truyền, mà do các yếu tố môi trường trong suốt quá trình phát triển hoặc sau này trong cuộc sống. Nhiều loài bò sát xác định giới tính dựa vào nhiệt độ: nhiệt độ mà phôi trải qua trong quá trình phát triển sẽ quyết định giới tính của sinh vật. Chẳng hạn, ở một số loài rùa, con đực được hình thành ở nhiệt độ ấp thấp hơn so với con cái; sự chênh lệch nhiệt độ tới hạn này có thể chỉ là 1–2 °C.

Nhiều loài cá có khả năng thay đổi giới tính trong suốt cuộc đời, hiện tượng này được gọi là lưỡng tính tuần tự. Ở cá hề, những cá thể nhỏ hơn là cá đực, trong khi cá lớn nhất trong nhóm sẽ trở thành cá cái. Ngược lại, ở nhiều loài cá khác, hầu hết ban đầu là cá cái và sẽ chuyển đổi thành cá đực khi đạt kích thước nhất định. Các cá thể lưỡng tính tuần tự có khả năng sản xuất cả hai loại giao tử trong suốt đời sống, nhưng tại một thời điểm nhất định, chúng chỉ là đực hoặc cái.

Đối với một số loài dương xỉ, giới tính mặc định là lưỡng tính, nhưng những cây dương xỉ mọc trên đất có chất dinh dưỡng còn lại có thể phát triển thành cá đực thay vì giữ lưỡng tính.

Lưỡng hình giới tính

Nhiều loài động vật và thực vật có sự khác biệt rõ rệt về kích thước và hình dáng giữa đực và cái, hiện tượng này gọi là lưỡng hình giới tính. Thông thường, sự khác biệt giới tính ở con người thể hiện qua việc nam giới thường có cơ bắp phát triển hơn và nhiều lông hơn, trong khi nữ giới có ngực, hông to hơn và tỷ lệ mỡ cao hơn. Ở một số loài khác, sự khác biệt này có thể còn rõ ràng hơn, như sự khác biệt về màu sắc và trọng lượng cơ thể.

Lưỡng hình giới tính ở động vật thường gắn liền với sự chọn lọc giới tính — sự cạnh tranh giữa các cá thể cùng giới để thu hút bạn tình. Chẳng hạn, hươu đực sử dụng gạc để chiến đấu giành quyền sinh sản với hươu cái. Ở nhiều loài, cá thể đực có kích thước lớn hơn cá thể cái. Những loài động vật có vú có lưỡng hình giới tính rõ rệt thường có hệ thống giao phối với nhiều con cái, điều này được cho là do khả năng cạnh tranh cao giữa các đực, như trong trường hợp của hải cẩu. Một số nghiên cứu cũng cho thấy sự ưa thích của cá thể cái có thể dẫn đến sự phát triển của lưỡng hình giới tính, ví dụ như ở loài ruồi cuống mắt.

Ở nhiều loài động vật khác, như côn trùng và cá, thường thấy giống cái lớn hơn giống đực. Điều này có thể liên quan đến việc sản xuất trứng, một quá trình cần nhiều dinh dưỡng hơn so với sản xuất tinh trùng — giống cái lớn hơn sẽ tạo ra nhiều trứng hơn. Ví dụ, nhện góa phụ đen cái có thể lớn gấp đôi so với nhện đực. Đôi khi, sự lưỡng hình trở nên cực đoan khi cá thể đực trở thành ký sinh trùng sống dựa vào cá thể cái, như loài cá vây chân. Một số loài thực vật cũng có sự lưỡng hình, chẳng hạn như tảo Dicranum và rêu Sphaerocarpos. Có bằng chứng cho thấy, trong các chi này, lưỡng hình có thể liên quan đến nhiễm sắc thể giới tính hoặc tín hiệu hóa học từ giống cái.

Ở các loài chim, cá thể đực thường sở hữu ngoại hình nổi bật hơn với những đặc điểm (như đuôi dài của chim công đực) mà có thể làm chúng gặp bất lợi (chẳng hạn, màu sắc sặc sỡ có thể thu hút sự chú ý của kẻ săn mồi). Giả thuyết cho hiện tượng này là nguyên lý đánh đổi. Giả thuyết này cho rằng, cá thể đực thể hiện gen di truyền ưu thế của mình bằng cách chứng tỏ rằng chúng có thể sống sót dù mang những khiếm khuyết, những đặc điểm này sẽ có lợi cho cá thể cái trong tương lai mà không bị ảnh hưởng bởi các khuyết tật đó.

Bài liên quan

• Phân biệt giới tính
• Giáo dục giới tính
• Vốn giới tính
• Thể hiện giới tính
• Nhận thực giới tính
• Giới

Tài liệu tham khảo

• Maynard-Smith, J. Sự Tiến Hóa Của Giới Tính. Cambridge University Press, 1978.
• Arnqvist, G. & Rowe, L. (2005) Xung Đột Giới Tính. Princeton University Press, Princeton. ISBN 0-691-12217-2