单性(孤雌)生殖.doc

译者：黄昏鸟校对：霍震波大约十年前，內布拉斯加州亨利多尔利动物园（Henry Doorly Zoo）的水族馆中，一条双髻鲨宝宝从它母亲的肚子里无声无息地来到了这个世上。然而，一鱼激起千层浪，它在舒适的水中荡起的涟漪扩散到了整个世界。因为它的母亲已经至少三年没接触过雄鲨鱼了，而DNA检测也证明，这孩子根本没有父亲。“这是史无前例的，”纽约石溪大学（Stony Brook University）的鲨鱼遗传学家德米安查普曼（Demian Chapman）在为它做了亲子鉴定之后如是说。这是鲨鱼中所能确认的第一例单性生殖。可惜，这条小鲨鱼在出人意料的降生之后不久，就出人意料地离开了人世：仅仅几天之后，它就死于一条黄貂鱼的攻击。即便如此，我们也足以看出，这条小鲨鱼绝不像它外表看上去的那么简单。在过去的几年里，人们发现，许多其他的脊椎动物都通过单性生殖来繁衍后代。而这些都指向了一个问题：动物中为什么会有雄性这么麻烦的性别啊？人们往往都认为，无性生殖在平时有性生殖的动物身上是很反常的野生状态下才不会有这种事呢。“我们信奉的教条就是：这是一种捕捉状态下的综合症，只有动物园或水族馆里才有。”俄克拉荷马州塔尔萨大学的沃伦布斯如是说。这种观点也无可厚非，因为在哺乳动物中，处女怀孕，或称孤雌生殖（parthenogenesis），是异常而且极度罕见的。虽然卵细胞有时真的会在没有受精的情况下就开始发育，但胚胎通常都会死去或癌变。有一个男孩子倒真有一部分是“处女怀孕”的产物他的身体是正常细胞和孤雌生殖产生的细胞的嵌合体。 但哺乳动物中，完全的孤雌生殖并不会自然产生，因为我们父系和母系的基因上有不同的化学物质打上的印记，就像符契一样，如果缺了一方，基因的活动就会被打乱。但是，哺乳动物以外，孤雌生殖却出人意料地普遍。据已有资料来看，脊椎动物中既能有性生殖又能孤雌生殖的物种包括：某些品种的鲨鱼、蟒蛇、火鸡和科莫多巨蜥。而最令人吃惊的是，这种现象是会在野生状态下发生的，而不仅仅是捕获状态下。【一只破壳而出的科莫多巨蜥，它的母亲生下这一窝卵之前，从未亲密接触或哪怕见过一只雄性科莫多巨蜥。检测证实小家伙确实是孤雌生殖的产物。】去年，布斯和他的同事研究了两个北美蝮蛇品种的59条幼蛇，它们在实验室诞生，它们的母亲在被捕捉前就已经怀孕，其中两条幼蛇是孤雌生殖的产物这是首次记录到野外孤雌生殖的案例（右图是其中一条小蛇和它的母亲）。“我们认为，这种繁殖方式在爬行动物和其他某些动物中的确存在，而且比我们之前想象的普遍的多，”布斯说。“所以，我们对爬行动物繁殖方式的想法真要改改了。”更令人惊讶的是，那些雌蛇是在一个雄性相当充裕的地方被捕捉到的。所以，用这种方式来繁殖并不是因为缺少配偶才不得已而为之的。实际上，不管是演化生物学家还是甩掉了男朋友的妹子都会告诉你，让雄性生物消失是有很多好处的。如果一个物种只有雌性，那么每个个体就都能自己繁殖，这样，该物种就能比那些既有雄性又有雌性的物种繁殖更快，数量更多。再有，勾引异性会挤掉寻找食物的宝贵时间；而且交配的过程可能会传染疾病，也可能让这一对儿在这个心神荡漾的时刻被掠食者吃掉。而最重要的是，有性生殖会给基因随机洗牌，创造出新的组合，这样，有缺陷的基因就会混杂进原有的优秀完美的基因中。由此观之，动物界中有性生殖为何如此普遍反而是一桩难解之谜。所以，脊椎动物是不是可以没有雄性也过得很好呢？1932年于德克萨斯南部和墨西哥北部发现的一个物种给出的答案是是的！我们可以！这个只有雌性的物种名叫亚马逊花鮰，（Poecilia formosa），得名自骁勇善战的的亚马逊女战士。【亚马逊花鮰 图片来自www.oeaw.ac.at】不过，虽然雄性亚马逊花鮰并不存在，雌鱼依然是需要雄性的。它们的卵如果没有精子的刺激就不会发育。因此，它们会与其他邻近物种的雄鱼交配，但产下的后代只有母亲的基因这种现象叫做“雌核发育”。这种奇怪的设定使得亚马逊花鮰鱼只能在这些邻近物种的附近生存。总共算起来，目前已经发现的鱼类、两栖动物和爬行动物中，大概有90种只有雌性的物种，但它们中的大多数就像花鮰鱼那样，还是需要其他物种的雄性的。而其余的那些，比如一些鞭尾蜥蜴和壁虎，似乎是不需要任何雄性也能好好地开枝散叶呢。不过，它们也表现出了交配的行为：鞭尾蜥蜴会与该物种其他的雌性进行拟交配，也因此得了个“蕾丝蜥蜴”（或“百合蜥蜴”？）的雅号。“但在我看来，这种行为是为了建立统治地位，就像两只狗想骑到对方身上一样。”彼得鲍曼如是说，他是位研究孤雌生殖的专家，供职于密苏里州堪萨斯市的斯托瓦医学研究所（Stowers Institute for Medical Research）。因此，一些物种是根本不需要雄性的。问题是，既然孤雌生殖能繁衍出更多后代，理论上比有性生殖更有优势，为什么这个数字只有这么少呢？虽然这方面还有待于进一步探索，但是一个物种的确有需要雄性的理由。其中一条就是：完全由雌性组成的物种也许很快就会走向灭绝。娘子军物种模型显示，单一性别的物种在短期内的确没问题，但从长期来看，因为它们的基因组完全没有变化，这就有问题了：如果不能让基因重组并清理掉有害的突变的话，该物种只能繁衍一万到十万代，就会走到尽头了 (Evolution, vol 44, p 1725)。鞭尾蜥蜴和壁虎还没到大限，可有些只有雌性的物种却比这个理论所预测的要长久得多。亚马逊花鮰鱼已经生存28万年了，也就是说，已经传了80万代了。某些孤雌物种却让这个数字显得小巫见大巫了，这就是北美五大湖区的钝口螈。它们的身影在500万年前就出现了，迄今已经传了100万代。这些物种打破诅咒的秘诀是什么呢？答案是：它们可以窃取DNA。当它们与其他物种的雄性交配之后，精子中的DNA通常会被抛弃掉，但有时，部分DNA会被合并到子代的基因组中。亚马逊花鮰有时会窃取染色体片段，而钝口螈则毫不客气地对整个染色体组施行“拿来主义”。加拿大安大略省圭尔夫大学的吉姆博加特（Jim Bogart）为这种掠夺基因的过程创造了一个新名词：“kleptogenesis”（字面义是：盗窃生殖）。他认为，有了这种过程，那些只有雌性的生物就得以获取更适应其环境的基因，从而与有性生殖的生物竞争。单性别的钝口螈也能够把整个染色体组舍弃掉，这样，有害的突变就不会累积下去了，博加特说，“这套系统好棒好棒的，而且这也是自然选择所推动的一旦一个克隆体出了问题，就会演化出新的克隆体。”【对于钝口螈来讲，孤雌生殖已经成为常态】因此，只有雌性的物种必须掠夺其他物种雄性的基因，否则就不能长久地生存下去。此外，这些单性别的物种也需要非同一般的环境才能产生。目前没有任何证据显示，一个雌雄同体的物种能够逐渐演化为只有雌性，事实上正相反除了一个物种以外，迄今发现的所有单性别物种都是其他两个不同物种杂交的产物，是短期内产生的。举例来说，单性别的新墨西哥鞭尾蜥蜴，就是一只雄性的小条纹鞭尾蜥蜴与一只雌性的西部鞭尾蜥蜴结合所产生的后代。这一次交配就足以瞬间创造一个新物种了。（译者：2002年以前，这三种鞭尾蜥蜴都被归于Cnemidophorus属,而非文中的Aspidoscelis）所以，就如你想象的那样，这种事情的确极其罕见，但却实实在在地发生了。2011年，鲍曼的团队使一种单性别鞭尾蜥蜴的卵细胞与另一种有性生殖的鞭尾蜥蜴的精子结合，在实验室中，他们就这样成功创造出了另一个单性别的新物种。（美国科学院院报，第108册，9910页）于是，这两套不同基因组的融合可以帮单性别物种开个好头，这些后代拥有杂交优势，基因很有活力，就像异种交配的植物那样。此外，这些杂交的后代也以一种特殊的方式进行繁殖。孤雌生殖也有不同的方式，可以产生全克隆体也可以产生半克隆体（参见图表）。那些舍弃了雄性的物种，比如单性别的鞭尾蜥蜴，产生的就是全克隆。告别有性生殖另一方面，只是偶尔采用孤雌生殖的生物产生的一般是半克隆体，而且这些后代会因为严重的同系交配而出现很大的问题孤雌生殖令有害的突变加倍了。这也可能是为什么它们数量这么少的原因。比如说，孤雌生殖产生的蝰蛇产卵更少，它们的部分幼蛇能健康地活下来，但大多数都是死胎或畸形。因此在现实中，舍弃有性生殖并不像理论上那样，让孤雌生殖的生物产生更多后代，从而获得巨大的优势。还有一点，孤雌生殖也不像你想的那样仅仅产生雌性后代。对于鸟类和某些爬行动物而言，雌性是既有雌性染色体也有雄性染色体的，这就意味着，理论上说，它们进行孤雌生殖所产生的后代中，两种性别都有可能。而实际上，孤雌生殖的蟒蛇似乎只能生出雌性，但观察到的蝰蛇和火鸡所产生的后代却只有雄性（参见附录“火鸡的故事”）。所以，对于这些物种而言，没有雄性还是万万不能的，孤雌生殖是为了产生更多雄性。“有一个理论，假如你把一条雌蛇单独放在一个孤岛上，它会无性繁殖出一条雄蛇，然后跟它进行有性生殖，产生更多后代。”布斯如是说。目前，我们并不知道这种事在现实中到底发生过没有。布斯正在观察和记录那些蝰蛇的后代，探索它们是否会繁殖，以及怎样繁