医生们很早就知道，有些人跨越了性别的边界：他们从性染色体上看是一个性别，但从性腺（卵巢或睾丸）或解剖学上看却是另一个性别。
生物学家认为性别存在更为复杂的频谱，那种把人分成男女两个性别的观点过于简单。但是这些发现在一个非此即彼的二元化世界里会显得格格不入。
作为一名临床遗传学家，保罗·詹姆斯（PaulJames）已经习惯了和他的病人讨论一些最敏感的话题。不过在2010年初，他仍发现自己在一次关于性别话题的讨论时特别尴尬。
一位46岁的孕妇来到他在澳大利亚墨尔本皇家医院的门诊，取回羊膜穿刺检测结果，以筛查她腹中的胎儿是否有染色体异常。胎儿一切正常，但后续的检测却完全出乎胎儿母亲的意料。这位母亲的身体是由两个人的细胞组成的，也许这些细胞来自她自己母亲子宫中融合在一起的两个胚胎。在这位孕妇的体内，有些细胞携带着两条X染色体，这一配对通常表明一个人是女性；有些细胞则携带一条X和一条Y染色体，这是男性的“配置”。这位四十多岁的孕妇已经要生第三个孩子了，却是头一次听说自己身体中相当一部分细胞带有男性的染色体。“对于一个来做羊膜穿刺的患者来说，这简直就像是科幻小说。”詹姆斯说。
性别问题要比初想之下复杂得多。以最简单的情况来看，Y染色体的存在或缺失起着决定性作用：有Y染色体就是男性，没有就是女性。但医生们很早就知道，有些人跨越了这条性别的边界----他们从性染色体上看是一个性别，但从性腺（卵巢或睾丸）或解剖学上看却是另一个性别。这就是所谓的双性人，又被称为“性发育异常”或“性发育紊乱”（DSD），患此病的儿童的父母常会面临一个困难抉择，不知道该把孩子当男孩还是女孩来养。一些研究人员表示，每100人中就有1人患有某种形式的性发育异常。
如果考虑遗传因素，两性之间的边界甚至会变得更加模糊。科学家已经识别出许多与几种主要的性发育异常类型相关的基因，并发现了这些基因的变异会对一个人的解剖性别或生理性别产生微妙的影响。此外，DNA测序和细胞生物学领域的新技术也表明，几乎每个人在某种程度上都是遗传物质不同的细胞的混合体，其中一些细胞的性别可能与身体其他部分的细胞不符。一些研究甚至表明，每个细胞的性别都会通过复杂的分子间相互作用网络来驱动细胞的行为。约翰·阿彻曼（JohnAchermann）在伦敦大学学院儿童健康研究所从事性发育和内分泌方面的研究，他说：“我认为在男女这两个性别中各自还能分出更多的类别，两性之间一定存在重叠，处于重叠区内的人不能简单地用这种二元结构对自己的性别进行定义。”
在这个仍将性别定义为二元化词汇的世界里，这些发现显得格格不入。几乎任何法律体系都不允许在生物学性别上存在任何歧义，而人们在出生证明上的性别，可能会对他们的合法权利和社会地位产生重大影响。
加利福尼亚大学洛杉矶分校的亚瑟·阿诺德（ArtherArnold）正从事生物性别差异研究，他说：“使用这种绝对两分法的主要问题在于，有一些超出了两性定义的中间情况，促使我们去弄清男性和女性之间的分界线到底在哪里。这是个非常困难的问题，因为定义性别的方式可以有许多种。”
性的开端
两性之间的生理区别显而易见，但在生命开始孕育时却并非如此。
人的胚胎在发育五周后，才有可能形成男性或女性的解剖结构。在胚胎的肾脏附近，名为生殖腺嵴（gonadalridges）的两处凸起会沿着两对管道形成。其中一对管道可以形成子宫或输卵管，另一对管道形成男性的内生殖管道：附睾、输精管和精囊。
胚胎发育六周后，性腺开始发育成卵巢或睾丸。如果睾丸发育，性腺会分泌睾丸酮，支持男性生殖管道的发育，还会生成其他激素，迫使可能发育成子宫和输卵管的部分退化消失。如果卵巢发育，性腺会生成雌激素，而男性生殖管道将由于缺少睾丸酮而退化。性激素对外生殖器的发育也起着支配作用，外生殖器会在青春期再次发挥作用，激发第二性征的发育，比如乳房和胡须。
上述过程中的任何变化都可能对一个人的性别产生巨大的影响。影响性腺发育的基因突变可能导致一个携带XY染色体的人发育出典型的女性特征，而激素信号的改变会导致携带XX染色体的人被归为男性。
多年以来，科学家都认为女性的发育是默认的过程，而男性的发育则是因Y染色体上的某个基因而激活。1990年，研究人员发现了这个基因，将其命名为SRY，当时此消息成为头条新闻。该基因仅凭自身就能使性腺由卵巢发育转为睾丸发育。比如，携带XX染色体的人，如果携带包含SRY基因的Y染色体片段，就会发育为男性。
不过到了2000年左右，人们发现了能够促进卵巢主动发育，抑制睾丸发育的基因（如WNT4基因），由此颠覆了女性特征的发育是默认的这一观点。比如一个携带XY染色体的人，如果还携带WNT4基因，就可能会发育出非典型的生殖器和性腺，还会有发育不全的子宫和输卵管。2011年，有研究人员表明，如果另一种关键的卵巢基因RSPO1出现异常，会导致携带XX染色体的人生有卵睾（ovotestis），即性腺中同时存在发育成睾丸和卵巢的区域。
这些发现表明，性别决定是一个复杂的过程，在这个过程中，两个截然相反的基因活动网络之间展开竞赛，决定性腺的命运。WNT4等分子的活性和数量变化，可以让胚胎的生理生化平衡倾向或偏离染色体决定的性别。“从某种意义上讲，这种观点从哲学上改变了我们看待性别的方式。性别是一种平衡。这更像是性别世界中的一种系统生物学观点，”埃里克·维兰（EricVilain）说。他是一位临床医生，也是加利福尼亚大学洛杉矶分校性生物学中心主任。
多元化性别
一些科学家认为，即使在发育结束很久以后，这种平衡仍有可能改变。对小鼠的研究表明，在整个生命周期里，性腺都在雌雄性别之间摇摆变化。2009年，有研究人员报告称，他们在实验中让成年雌性小鼠的Foxl2卵巢基因失活，结果发现支持卵子发育的颗粒细胞转变为支持精子发育的塞尔托利氏细胞（Sertolicell）。两年以后，另外一个研究团队则报告了相反的过程：让Dmrt1基因失活会使成熟的睾丸细胞转变为卵巢细胞。“这真让人震惊，这种转变发生在小鼠出生以后。”文森特·哈利（VincentHarley）说，他是墨尔本MIMR-PHI医学研究所从事性腺研究的遗传学家。
性腺并不是性别多样化的唯一来源。对性腺等腺体产生的激素信号反馈出现变化，也会导致多种性发育异常。比如，完全型雄激素不敏感综合征（CAIS）的病因就是人的细胞不会对雄性激素产生反应，这通常是因为响应激素的受体失去功能。完全型雄激素不敏感综合征的患者携带Y染色体，有内睾丸，但生有女性的外生殖器，而且在青春期会发育为女性。
这些症状符合性发育异常的医学定义，此类疾病病患的解剖学性别与性腺和染色体性别似乎并不相符。但这种病很少见，大约4500人里才出现一例。现在，有研究人员认为，这一定义应被拓宽，将解剖学中的一些细微变化包括进去，比如轻度尿道下裂（即男性尿道口开在阴茎下侧，而不是前端）。维兰表示，如果使用涵盖范围最广的定义，那么每100人中就有1人患有某种形式的性发育异常。
但除此之外，还可能存在更多的变化。自上世纪90年代以来，研究人员已经鉴别出超过25种与性发育异常有关的基因。在过去几年中，科学家还通过下一代DNA测序技术，发现了这些基因的很多突变形式，这些突变基因对人只有轻微影响，不会导致性发育异常。“从生物学上讲，这是一张频谱。”维兰说。
除非因不孕不育来就诊或接受其他医学手段的治疗，许多人从来不知道自己患病。比如，2014年有外科医生报告称，他们在为一位男性患者做疝气手术的时候发现他有子宫。这位患者70岁，已育有四名子女。
细胞的性别
对性发育异常的研究显示，性别并不是简单的非男即女。而当科学家集中研究单个细胞时，这一问题甚至变得更加复杂。一般的假设认为，每个细胞都含有相同的一套基因。但有些人身上存在镶嵌现象（mosaicism）：这些人由一个受精卵发育而来，却携带着基因不同的细胞。这可能是由于在胚胎发育早期，性染色体在分裂的细胞之间分配不均。比如，开始时携带XY染色体的胚胎中，可能有一部分胚胎细胞丢失了Y染色体。如果大部分细胞携带XY染色体，发育结果就是生理上的典型男性；但如果大部分细胞只携带X单染色体，就会发育成患有“特纳氏综合征”（Turner’ssyndrome）的女性，该病会导致患者身高矮小，卵巢发育不全。这种镶嵌现象很罕见，大约每15000人中出现一例。
性染色体镶嵌现象造成的影响有大有小。有几个病例记载了镶嵌的XXY胚胎出现了两种细胞类型：一些细胞有两个X染色体，另一些细胞有两个X染色体和一个Y染色体。胚胎在发育早期发生分裂，结果会让完全相同的同卵双胞胎出现不同的性别。
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