兼性生殖:自然界最適繁殖策略可為何人類沒有這種能力?
前陣子在短視頻平台刷到一個有趣的視頻,一位網友分享了一隻長得像葉子一樣的寵物昆蟲,他在視頻中聲稱這只昆蟲自己從小養到大,沒有與其它同類接觸,結果光是一隻就生出了許多後代。
△ 一種葉䗛
我現在找不到那個影片了,從影片中可以看出,他分享的昆蟲應該是某種葉䗛(xiū),這是竹節蟲的一個分支,只是它們長得像樹葉而不是樹枝。
竹節蟲目又被稱為䗛目,它們以頂級擬態而聞名,但很少有人知道,這個類群還有一項獨特的技能,它們是少數能夠自行選擇有性繁殖或無性繁殖的物種之一。
換句話說,它們可以與伴侶一起繁殖,也可以僅憑自己獨立繁殖,那個視頻博主的寵物昆蟲應該是雌性,並完成了無性生殖。
這種同時擁有兩種生殖方式的情況稱為兼性生殖,那麼有趣的問題是它為什麼會存在,而人類為什麼不能做到呢?
△ 有性生殖過程
有性生殖和無性生殖有什麼差別?
在有性生殖中,後代由兩個親代-父母產生,通常雄性的精子與雌性的卵子結合,發育成一個新的個體。
幾乎所有動物都會進行有性生殖,許多植物和真菌物種也是如此。不過並不是所有生物都進行有性繁殖,無性繁殖在細菌等單細胞生物中很常見。
無性繁殖的主要區別在於,後代僅由一個親代產生。對於細菌來說,這只涉及一個細胞分裂成兩半,最終形成兩個新細胞。
然而,無性繁殖也可能發生在某些動物中,有些物種甚至會走向極端,它們的物種全員都是雌性,比如某些種類蜥蜴,相當出名的亞馬遜茉莉魚,還有一種我曾經分享過的大理石紋螯蝦。
這些動物的卵子無需受精即可發育成新個體,這個過程稱為孤雌生殖。
不過,有些物種的雌性也有孤雌生殖的能力,例如科莫多巨蜥,一些種類的鱷魚,我們常可以看到動物園裡的這些動物一隻被隔離的雌性產下蛋,並孵化出後代。
這些動物的族群中是有雄性的,我們所說的兼性生殖正是發生在這些動物身上。
優點和缺點
有性生殖和無性生殖都有各自的優點和缺點。
在有性生殖中,後代有一半的基因來自母親,一半來自父親,因而形成獨特的基因組合。
這意味著每個個體都是不同的,或者說這會讓一些個體擁有一些特徵,當物種面臨新的威脅或環境變化時,這些特徵可能會變得有利,從而讓族群延續。
無性繁殖的後代則由一個親代形成,因此後代本質上是其親代的克隆體,它們都具有完全相同的特徵,這意味著無性繁殖種群更容易被新的威脅一鍋端,抗風險能力非常差。
然而,尋找和發現配偶是一件需要耗費大量時間和精力的事情,這會讓繁殖後代變得更低效,因此無性生殖的優點就是能夠更快產生後代并快速佔領利基市場。
兩全其美的最優解?
兼性生殖通常被譽為兩全其美,這是動物生殖的最適解,物種可以同時享受有性生殖和無性生殖的優勢,而不受任何一種模式的限制。
△ 水螅
除了我們前面提到的科莫多巨蜥和鱷魚之外,我們在自然界中還可以找到一些兼性生殖的動物,還包括海星、水蚤、鎚頭鯊,以及我之前介紹過的水螅。
△ 水螅的出芽生殖
還是以我們的水螅為例,它們正常情況下就是出芽來複製自己,以此來快速增加種群數量充斥水域,但是當進入秋冬季節,水溫變得低,食物變少之時,它們就會轉而進行有性生殖提升自己的生存能力。
水螅算是把兼性生殖玩得明明白白,完全利用了有性生殖和無性生殖優勢。
您可能好奇,既然兼性生殖這麼好,為什麼只有少數動物能夠做到這一點?
為什麼其它動物做不到呢?
儘管兼性生殖有明顯的優勢,但動物界確實基本上只進行一種生殖方式,要麼有性生殖,要麼無性生殖。
一種解釋認為,許多動物通常不需要兩種選擇的好處,它們生存的環境在足夠長的時間週期內,環境變化程度只要一種生存方式就能很好地生存。
如果現行條件導致一種生殖方式在很長一段時間內受到青睞,那麼兼性物種可能會逐漸失去促成另一種生殖方式的特徵。
總得來說,大部分物種通常會長期依賴一種繁殖類型,然後隨著時間推移,族群逐漸失去另外一種生殖方式的能力。
最後:
有些讀者可能會好奇,為什麼人類沒有兼性生殖的能力?
哺乳動物並沒有發現無性生殖的案例,或者說已知沒有兼性生殖的哺乳動物,這可能和過去哺乳動物在相當長一段時間內,生活在一個相對不穩定的環境中有關係,我們的祖先需要有性生殖來提升族群抗風險的能力。
另外,哺乳動物的恢復能力也很弱——這是我們這個類群表現出顯著衰老的原因之一,此前的一項研究也給出了相同的解釋:我們的祖先生活在恐龍陰影下,讓它們拋棄了許多能夠維持長壽的基因,因為那些基因對當時的哺乳動物來說沒有任何意義。 (這是我當時相關研究發表時寫的文章:我們活不到200 歲的原因找到了?新研究指出:這個鍋子必須恐龍背)
參考: