這種動物全員雌性竊取同類精子繁殖科學家都懵了
在自然界,全員雌性的動物並不算稀奇,它們透過各種方式的孤雌生殖繁衍後代,但是對於脊椎動物而言,全員雌性的物種還是相當罕見的。考慮到脊椎動物本身更複雜,同時適應更複雜的環境,以前許多生物學家並不認為會有全員雌性的脊椎動物存在,直到1932年,人們發現了亞馬遜莫莉魚——這種魚只有雌性。
亞馬遜莫莉魚,圖源:University of Texas
隨著探索的持續,全員雌性的脊椎動物也累積得越來越多,但是在所有這類動物中,沒有一個像鈍口蠑螈屬的一個全員雌性的譜系蠑螈來的奇怪。
鈍口蠑螈屬有十幾個物種,它們普遍分佈在北美五大湖區域,全員雌性的這個譜系和其它物種一起生活,但是它會竊取自己同屬蠑螈的基因來繁殖,這在所有已知動物是獨特的繁殖方式,以至於生物學家不得不專門為它創造一個新術語——「kleptogenesis」(基因竊取,我看到有些地方翻譯盜癖生殖)。
基因竊取者
鈍口蠑螈是兩棲動物,它們的配對方式與青蛙有點像,雄性蠑螈會把自己的精子包裹在一個白色「精囊」裡,並將其產在池塘裡的樹葉、樹枝等物體上。
然後,雌性根據自己的需求選擇最符合標準的“精囊”,並放入自己的泄殖腔中,受精在體內完成,產卵並孵化出後代。
這種配對方式給了那些全員雌性譜系的鈍口蠑螈機會,它們可以很容易地拾取到其它同屬物種的遺傳物質,但是它們並不會完全利用這些精子。
圖:鈍口蠑螈的精囊
很早以前,科學家就了解到,其它鈍口蠑螈的精子只是刺激了這些雌性蠑螈產卵,並不會對後代的遺傳訊息產生影響,它們的後代是透過孤雌生殖的方式複製出來的,所以後代依然全部是雌性。
隨著研究的繼續,科學家發現,通常情況下它們確實只會像其它全員雌性動物一樣複製自己,但是有極少數的情況,它們會竊取同屬物種雄性的染色體。
十多年前(2009年),科學家第一次在這個全雌性譜系蠑螈的細胞中發現了其它同類物種的染色體,這讓科學家吃驚不已。
全雌性的鈍口蠑螈譜系通常擁有三組基因或稱為三倍體(其它正常同類是兩組),這是它們只有雌性且孤雌生殖的原因,因為無法完成減數分裂產生生殖細胞(這種譜系通常是兩種正常的不同物種雜交突變結果)。
然而,有一些個體──也就是我們前面提到的極少數情況,它們擁有更多組基因,而多出的基因組就是來自其它雄性同類的基因。
在加入其它雄性同類的基因時,它們的選擇其實非常多樣化(如下圖),可以是加入幾種不同雄性的基因組——發現的個體最多加了5個其它物種雄性的基因,當然也可以是一種;除添加之外,它們還可以丟棄自己一組基因,並替換上其它雄性的基因組。
圖:紫色顯示的是其它同屬蠑螈的基因組
這種鈍口蠑螈如何完成這種生殖方式還是一個謎,但是它們並不會一直把其它鈍口蠑螈的基因保留在自己的譜系中,通常使用幾代就拋棄。
另一方面,對於常見的多倍體生物而言,通常會關閉多出的基因組的表達,但是這種鈍口蠑螈不會,它們不僅獲得了其它雄性同類的基因,還將一些基因表達出來了,所以它們是真正的「基因竊賊」。
圖:這四種鈍口蠑螈是它們的竊取對象
佔據棲息地90%的族群
關於這種全雌性的鈍口蠑螈,我們前面提到的都是一個譜系,而不是一個物種,這是因為這些蠑螈很難將它們歸類為單一物種,因為它們的基因組太多樣化了,違反了常規物種的定義。
但是,這個譜系透過它們這種生殖方式,在自己的棲息地相當成功,你可能想像不到,鈍口蠑螈屬有十幾個物種,而它們的棲息地90%個體都是來自這個全雌性譜系。
有性生殖是昂貴的,它消耗時間、精力和資源,所以那些全員雌性或單性的物種,往往有一個天然的優勢──能夠有效率地佔據棲息地。
圖:大理石紋螯蝦
我不知道大家聽過大理石紋螯蝦沒,它們也是一種三倍體全雌性的動物,它們透過孤雌生殖的方式不停複製自己,以至於在整個亞歐大陸快速氾濫成災。
然而,任何單性生物都不可能長久,有科學家推算,這類物種不可能存在超過10萬年。
這是因為這類生物有兩個主要的障礙(兩個假說):
一個是物種必須繼續進化才能在環境、疾病和寄生蟲的壓力下生存,而無性生殖只能提供極其低效的進化動力,這個被稱為紅皇后假說。
圖:氾濫成災的大理石紋螯蝦
我們現在別看大理石紋螯蝦很囂張,因為體型巨大,所到之處其它同類完全無法與之抗衡,它們可以迅速佔據棲息地並氾濫成災,但是哪天出現一種專門針對它們的疾病,它們可能會在極短的時間內消失。
另一個是無性生殖會讓有害的突變不斷積累,最終讓整個族群覆滅,這是因為它們本質就是複製自己,任何有害的突變都無法從族群中完全剔除。
正是因為這些限制的存在,複雜的單性生物很罕見,很多其實都是像大理石紋螯蝦一樣是最近才進化(突變)出來的。
然而,鈍口蠑螈屬的這個全雌性譜係可能已經存在600萬年了,毫無疑問,「基因竊取技術」是它們成功的關鍵。
它們透過「偷竊」基因來增加自己後代基因的多樣性,從而提高生存能力,再透過「拋棄」基因來穩定住單性生殖的優勢。
這是獨一無二的生殖方式,是自然讓人驚喜的部分,真的只有我們想像不到,沒有生物完成不了。