不靠雄性也能生育后代的动物,比我们想象中多

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  来源:科研圈

  动物界中的“孤雌生殖”,可能比我们预想的要常见得多。

  来源 The Atlantic、Slate等

  编译 武大可 魏潇

  编辑 魏潇

  如果你像加州神鹫(California condor)一样是濒临灭绝的物种,性生活就会变成一件高度公开的事情。这种北美地区体型最大的鸟类在 1983 年仅存 22 只,自那时起被生物学家们小心翼翼地人工饲养。它们之中谁跟谁交配,产下了多少后代,以及后代何时被放生野外,都被生物学家们一一追踪,记录在了这种动物的官方“血统证书”上。

  因此,当科学家几年前在常规 DNA 测试中发现有两只加州神鹫拥有出乎意料的血统传承时,他们着实大吃了一惊。这两只加州神鹫在血统登记薄中的编号为 SB260 和 SB517,与任何有记录的加州神鹫父亲都没有亲子关系。实际上,它们根本没有父亲——这两只加州神鹫 100% 的 DNA 都来自各自的母亲。“我们遇到了一个无法理解的数据集。”美国圣迭戈动物园野生动物联盟(San Diego Zoo Wildlife Alliance)的保护遗传学家 Oliver Ryder 说。

圣迭戈动物园中的加州神鹫圣迭戈动物园中的加州神鹫

  唯一说得通的解释是:这两只加州神鹫是在没有精子的情况下由卵子发育而来的。这种现象被称为孤雌生殖(parthenogenesis),俗称“处女生育”(virgin birth)。(这两只加州神鹫的妈妈其实不是“处女”。它们此前曾与雄鸟交配产下过雏鸟——就像开头说的,如果你是加州神鹫,就没什么性生活上的隐私可言了。)科学家已经对一些其他生物的孤雌生殖有所研究,如火鸡和鸡。人工饲养和野外环境下,蛇、蜥蜴、鲨鱼、鳐鱼和硬骨鱼的孤雌生殖也都有记录。这其中很多都是偶然发现,而所有这些偶然让科学家们开始怀疑孤雌生殖是否真的如预想一样罕见

  被忽视的“秘密”

  Ryder 和他的同事多年来一直在使用 DNA 标记来管理加州神鹫繁育项目,这能帮助它们减少近亲繁殖。在人工繁育的幼鸟被放归野外后,团队还会追踪至悬崖峭壁之下,研究它们的亲缘关系。在这个项目中,生物学家们最终收集到了 900 多只加州神鹫的血液、蛋壳膜、羽毛和组织样本。几年前,他们决定对所有样本的 DNA 进行分析,SB260 和 SB517 拥有的反常血统随之浮出水面

  不幸的是,在科学家们意识到它们在基因上独一无二的时候,这两只加州神鹫都已经死了,因此无法再研究这种反常血统对它们的影响。这两只加州神鹫在活着的时候并没有什么引人注目之处,动物管理员甚至觉得没必要做一次专门的尸检。“对照料它们的人来说,这不过是只平平无奇的美洲鹫罢了。” Ryder 说。

  不过这两只鸟确实有一些健康问题记录在案。SB260 是 2001 年在圣迭戈野生动物园(San Diego Zoo Safari Park)出生的雄鸟,在放归野外两年后死亡——它个子一直很小,没有很好地融入野生鸟群;SB517 是 2009 年在美国洛杉矶动物园(Los Angeles Zoo)出生的雄鸟,脊柱弯曲,行走困难。它没能被放归野外,大约八岁时死在了动物园里,但加州神鹫通常能活数十年。“可以断言,它们肯定不能代表加州神鹫的普遍情况,”美国莫特海洋实验室与水族馆(Mote Marine Laboratory and Aquarium)研究孤雌生殖的生物学家 Mote Marine 说。这类现象在孤雌生殖动物中并不罕见。

  没人能断言这两只雄性加州神鹫的健康问题是孤雌生殖导致的,但科学家们的确在其他存在孤雌生殖现象的物种中发现了相似之处。美国密西西比州立大学(Mississippi State University)的家禽科学家 Reshma Ramachandran 举例说,火鸡中孤雌生殖产生的雄性个体往往体型较小,精液质量较差。美国塔尔萨大学(University of Tulsa)的生物学家 Warren Booth 则发现孤雌生殖的蝮蛇个体也存在与 SB517 类似的变化:脊椎短小、发育不良,颅骨畸形。

  Booth 说,加州神鹫孤雌生殖的酷炫之处在于,“它们能够孵化出存活的后代,而且雏鸟能够生长发育到相当成熟的水平。” Booth 没有参与加州神鹫的研究,但他是这篇发表在《遗传杂志》(Journal of Heredity)上的论文的编辑。

  比想象中常见

  科学家在越来越多的脊椎动物中发现了孤雌生殖,这让他们认为这并非死路一条,而是在特定条件下颇具适应性。Booth 已经能够让蟒蛇科的两个亚科物种——蚺(卵胎生)和蟒(卵生)通过孤雌生殖产生雌性子代,并且这些子代能与其他雄性正常繁殖。在野外,孤雌生殖可以帮助这些爬行动物从严重的种群数量折损中恢复。

  在已被广泛研究的孤雌生殖物种中,孤雌生殖的过程在卵子本身产生后不久就开始了。当卵原细胞一分为二,其一形成卵细胞时,另一个细胞会成为包含了几乎完全相同 DNA 副本的极体。极体通常会分解,但对其他鸟类的研究表明,极体有时会以某种方式再次与卵子结合,类似于精子使卵子受精。鸟类的染色体系统(ZZ 产生雄性,ZW 产生雌性)会使孤雌生殖必定产下雄性。如果带有 W 染色体的卵子与极体合并,产生的 WW 胚胎将无法存活。只有 ZZ 胚胎才有可能孵化。

科莫多巨蜥也是一种具备孤雌生殖能力的爬行动物。科莫多巨蜥也是一种具备孤雌生殖能力的爬行动物。

  但这仍无法解释为什么有些雌性会发生孤雌生殖,另一些却不会。由于存在利益关联,孤雌生殖是家禽产业广泛研究的一项课题。他们发现火鸡和鸡的孤雌生殖受到许多因素影响。Ramachandran 说,遗传是其中之一。不同家禽品种的孤雌生殖率差别显著:普利茅斯石坝鸡(Barred Plymouth Rock chickens)为 0.16%,商品火鸡为 3%,贝尔茨维尔小种白火鸡(Beltsville small white turkeys)为 16.9%。家禽科学家还成功进行了选育,将贝尔茨维尔小种白火鸡的孤雌生殖率增加了三倍多,培育五代后达到了 41.5%。除此以外,环境因素如高温或活病毒感染,似乎也能引发家禽的孤雌生殖。

  说回加州神鹫,生物学家正试图深入了解 SB260 和 SB517。他们正在对这两只加州神鹫的全基因组进行测序,也计划对另外数百只加州神鹫进行测序(目前研究利用的 DNA 分析依赖于 21 个 DNA 标记物,而非完整基因组)。Ryder 表示,他希望利用更完整的遗传信息来了解产生的突变,并以此指导加州神鹫繁育计划。目前,美国加州神鹫的数量已从最初的 22 只增加到如今的 500 多只,但这个物种仍处于极度濒危的状态,需要尽可能多的帮助。

  可能会有人想问:这种能力是否会出现在哺乳动物乃至人类身上?科学家们目前能给出的答案不怎么积极:不太可能。人类用来标记父系或母系基因组的遗传学调控更多也更复杂。而且雄性需要为胚胎发育中胎盘的产生提供遗传信息,这类贡献在正常的胚胎发育中不可或缺,“孤雌生殖只会给人类带来肿瘤”。


新闻来源:新浪