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蚂蚁女儿国 解读孤雌生殖 处女因何能育儿 (转帖)

已有 5288 次阅读 2009-5-23 20:59 |个人分类:杂感|系统分类:科普集锦|关键词:学者| 孤雌生殖, 孤雌生殖

 

    有性生殖好处多,但求偶也很麻烦。为了吸引异性,雄性座头鲸就需要不停“唱歌”。

    三个品种的墨西哥鞭尾蜥的比较。左侧的是细纹鞭尾蜥,右侧是西方鞭尾蜥,两者杂交的结果就是在中间的、可以进行孤雌生殖的品种。

美国一家动物园中的这条小型锤头鲨,没交配就“生娃”了。

一条通过孤雌生殖孵化出来的小科摩多巨蜥。

    近日,科学家在亚马孙河流域发现了一种蚂蚁,它只有雌性,没有雄性,一个蚁巢中所有的工蚁都是蚁后的“克隆体”,让人们再次对“孤雌生殖”产生了浓厚的兴趣。那么,为什么会出现“处女”也能生育的情况呢?

  1起源 有性繁殖意义大

    美国肯塔基大学生殖生物学博士后刘璟表示,首先应当问“为什么有有性生殖”?她说,单细胞生物,比如细菌,是采用简单的分裂方式繁殖的,它们丝毫不知道“两性”的存在。低等生物比如水螅,可以通过“出芽”产生新的个体。这类无性生殖的方式多快好省,就好比人多长出一个手指来,然后手指自己掉下来,长成了一个小人儿,完全省去了“搞对象”的麻烦。那么,为什么有性生殖会在演化中出现,并且成为演化的主流呢?

    刘璟表示,现在大多数理论认为有性生殖能产生更多的基因组合,增加适应性演化的几率,防止有害突变的积累。也就是说,有性生殖产生的多样化的基因组合后代,其中一些后代能适应环境变化而生存下来;如果是无性生殖,后代基因总是一成不变,当环境发生改变时,所有后代可能都无法适应新环境。

    最早的有性生殖的产生可能是因为有些细菌会融合在一起,然后再进行分裂。后来出现了两个生物个体各出一个“配子”,然后配子结合形成新的生命。在二者的博弈中,生物形成了两种完全不同的策略:一类生物提供具有极少营养物质的配子,也就是精子,可以支持“广种薄收”;另一类生物提供具有大量营养物质的配子,也就是卵子,保证“成功率”。雄性和雌性的差别由此产生。

    2遗患 男女有别麻烦多

    有性生殖虽然有大好处,但是也有很多问题。

    首先,有性生殖要耗费大量的能量。添加性交本身就已经比分裂生殖更麻烦了,更何况还要“寻找配偶”。如果同种生物的密度大还好说,像驼背鲸那样几百公里不见一头的生活就麻烦了。所以座头鲸一直“唱歌”以求知己。如果只是耗费能量还好,这个过程还很危险,因为不但伴侣能收到你的信号,捕食者也可以。无论是鸟鸣、蛙叫还是蝉噪,小动物们都怀着对云雨之欢的向往一展歌喉,可招来的往往是野猫和猎隼。

    寻找异性已经够麻烦,跟同性竞争更耗费能量。无论是羚羊的铁头对攻还是松鸡赛羽,都只为取得一个延续后代的机会。如果这种求偶竞争最终演化出累赘的身体器官,比如爱尔兰麋过分臃肿的大角或者孔雀的长尾羽,那么这类生物本身都要受到被捕杀的威胁。

    对于社会性生物来说,有性生殖严重威胁“安定团结”。人类中不断发生的情感纠纷就不用说了,就连看起来“安分守己”的工蜂和工蚁都有可能为了自己能够繁殖对女王造成威胁,揭竿而起。还有一点,大家可能没有注意到,有性生殖产出的子女再亲,也只有自己的一半基因,哪有“克隆”和自己那么相像?

    大自然中的生物中存在着巨大的“退化驱动力”,简单地说,只要环境允许,能简单就简单,能懒就懒。如果身处没有地面天地的环境,鸟类就会放弃飞行的能力。同样,很多生境中的动物都会退回“不用交配就能生育”的状态,也就是“孤雌生殖”。比如母蚜虫,如果食物充足,它会抓紧时间进行孤雌生殖,能繁殖几代就繁殖几代,到秋末冬初时才会产生雌、雄两性个体,两者交配产卵越冬。

问题是,孤雌生殖又是怎么实现的呢?

    3解决 单倍体是好办法

    雌性动物的卵子中只拥有母体一半的基因,如果卵细胞独自发育成生命体的话,后代也只拥有母体一半的基因,它能成活吗?答案是:能。一般人理解基因,会觉得它像一台钟表一样精密,增加减少一分都不可能。但其实基因中含有大量的无用信息,所以,有时候并不拥有和母体数量相同基因的后代也能正常发育。只拥有母体一半基因的个体叫“单倍体”。最典型的“单倍体”动物就是雄蚁,它是由蚁后的未受精卵发育成的。可以说,所有蚁后都能孤雌繁殖,而且要繁殖多少就繁殖多少,但有个问题:这样生出来的都是雄蚁,而雄蚁是不能作为工蚁,也不能直接生下后代的。

    如果要生出不能繁殖的雌蚁———工蚁或者可以繁殖的雌蚁———新蚁后,就需要产生出具有基因数目和母体相同的生殖细胞。当然,因为没有和雄性交配,这些基因不可能从别的个体那里获得,只能母体“自力更生”。那么,母体又是如何自然产生二倍体(拥有和母体一样数目的基因)的呢?

    原来,在产生卵细胞之前,生物会先产生一种“卵原细胞”。它直接由体细胞分化而成,拥有和母体一样数目的基因。卵原细胞第一次分裂,形成3个极体和1个卵细胞。卵细胞和每个极体都拥有母体一半的基因。在正常情况下,缺乏营养的极体很知趣地消失了,卵子再进行第二次减数分裂,再产生一个小的“第二极体”和一个成熟的卵子。第二极体再次消失,拥有母体一半基因的卵子日后和来自雄性的精子结合,形成受精卵,从而发育出新个体。

    如果在第一次减数分裂的时候,卵细胞与任意一个极体结合,形成“极体—卵细胞受精卵”,并由此细胞发育成后代个体,后代还是个“二倍体”。在这种情况下,实际上是把原本分配给卵细胞和极体的基因又掺和到一起去了,形成的极体—卵细胞受精卵的基因构成其实和卵原细胞———也就是母体的基因完全一样。这样产生的后代就是母体的“克隆体”。“亚马孙蚂蚁”可能就是这样繁殖的。

    还有另一种情况是,卵原细胞在进行减数第一次分裂时正常分裂,但不进行减数第二次分裂,最后形成了1个极体和1个“双套卵”(diploid)。它携带有母体的全套遗传物质,可以独立地发育为后代个体(后代为二倍体)。这种情况虽然后代的基因数目和母体相同,但因为它是由彼此不同的卵子基因加倍形成的,所以兄弟姐妹之间彼此不同,而且后代和母亲也不完全一样。

    最后一种情况是,卵原细胞正常进行了第一次减数分裂,产生3个极体和1个卵细胞,但任意两个极体间发生了融合形成了“受精卵”。这也不是“克隆”。

    简单来说,孤雌生殖可能会产生单倍体,也可能会产生二倍体,这些二倍体可能是和母体完全相同的“克隆体”,也可能是彼此不同的“走样复制品”。在科学家们对蛾子孤雌生殖的研究中,这些情况都曾遇见过。

  ■ 链接

    脊椎动物“处女妈妈”

    事实上,很多动物都可以进行孤雌生殖,除了昆虫以外,还有轮虫、水蚤、螺蛳等无脊椎动物可以进行孤雌生殖。

    有不少种蜥蜴可以进行孤雌生殖,其中包括某些品种的鞭尾蜥、壁虎、石蜥、蛇蜥等等,最有名的当属世界上最大的蜥蜴———科摩多巨蜥。墨西哥鞭尾蜥的几个亚种杂交后产下的个体全都是雌性。它们全都是正常的二倍体后代,并可以进行孤雌生殖。有趣的是,这个全雌新品种彼此之间会进行“同性交配”,然后再分别进行孤雌生殖。

    2001年,美国内布拉斯加州动物园的一种小型锤头鲨产下了一条小鲨鱼,而它之前从来没有交配过。2008年,科学家们终于确定鲨鱼可以进行孤雌繁殖。还曾经有人记载鸟类也可以进行孤雌生殖。有人记录火鸡的未受精卵曾经孵出小鸡,但这种小鸡身体很弱,很快就死掉了。还有记录称北极雁也可以进行孤雌生殖。不过,这方面的记录仍然有侍确认。

    现在还未有记录哺乳动物在自然条件下可以进行孤雌生殖,但是,通过人工方法可以让哺乳动物也具有这种能力,“克隆羊”就是一例。不过人工克隆的过程有体细胞参与,和任何自然生殖过程都不同。

    现在,科学完全可以做到让女性不需要男性就可以生育,组成“亚马孙女战士部落”或者“女儿国”已经不是天方夜谭。男人有什么用?现在这真的成了问题了。(刘铮)

http://news.xinhuanet.com/tech/2009-05/10/content_11345498_1.htm

似乎有些壁虎就可以进行孤雌生殖。国内就有一些种类。



https://m.sciencenet.cn/blog-252763-233752.html

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1 周春雷

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