沒爸爸也可以生孩子：單性生殖奧秘

這條名為“Thelma”的網(wǎng)紋蟒讓動物園管理人員大吃了一驚。

Thelma的后代可以說是它的半克隆體。

許多鯊魚種類可能具有單性生殖的能力。

我們能否真正了解鯊魚在野生環(huán)境下如何繁殖后代？

很難對野生環(huán)境中的雌性鯊魚及其幼鯊進(jìn)行檢測。

科莫多巨蜥也會進(jìn)行單性生殖。

科莫多巨蜥也會進(jìn)行單性生殖。

一種野生條件下會進(jìn)行單性生殖的蝮蛇——銅斑蛇。

通過少量的基因調(diào)整，即使是小鼠也可以進(jìn)行單性生殖。(任天)

新浪科技訊 北京時間28日消息，據(jù)國外媒體報道，這是一條名為Thelma的雌性蟒蛇，它身長達(dá)到6米，在美國路易斯維爾動物園獨自生活了4年，從未與任何雄性同類接觸過。然而，它產(chǎn)下了61枚卵，并孵出了6個健康的后代。難道它是在許多年以前與某條雄性蟒蛇交配過，然后將其精子儲存起來了？

遺傳學(xué)檢測很快給出了答案：Thelma是世界上第一條無性生殖的網(wǎng)紋蟒。它所產(chǎn)下的卵具有長成雌性后代的所有遺傳信息，無需雄性蟒蛇的精子或DNA。取代精子的是生殖細(xì)胞分裂時的副產(chǎn)物——極體，Thelma的卵細(xì)胞與極體結(jié)合，并最終發(fā)育成胚胎。因此，它的每個后代都具有它一半染色體的兩份拷貝，換句話說，它們就是Thelma的半克隆體。

極端環(huán)境下的繁殖方式？

盡管十分奇特，但我們現(xiàn)在已經(jīng)知道Thelma的情況并非獨一無二?？茖W(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在許多物種中都存在單性生殖現(xiàn)象，包括兩棲類、爬行類、軟骨魚類和硬骨魚類，甚至是鳥類。至于這種現(xiàn)象的背后原因，我們現(xiàn)在還不是很清楚。

單性生殖，又稱為孤雌生殖(parthenogenesis)，一開始被認(rèn)為是極端情況導(dǎo)致的現(xiàn)象。在以往的記錄中，這種現(xiàn)象只出現(xiàn)在人工養(yǎng)殖的動物中，因此人們推測是壓力、隔離等原因引起。當(dāng)延續(xù)血脈的其他方法都行不通的時候，或許就只剩下單性生殖這一條路了。

然而，現(xiàn)實情況未必如此?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)，一些雌性動物即使在存在雄性的情況下，也會采用單性生殖產(chǎn)生后代。而且，野生條件下也會出現(xiàn)單性生殖，甚至這種現(xiàn)象可能已經(jīng)存在了億萬年的時間。這種繁殖方式具有一定的優(yōu)勢，特別是在如今的地球上，許多物種的種群數(shù)量正急劇地下降。當(dāng)然，這也引發(fā)了對有性生殖重要性的討論。

此外，還有一個很重要的問題是，為什么脊椎動物中，包括魚類、爬行動物和鳥類都會出現(xiàn)單性生殖，但包括人類在內(nèi)的哺乳動物卻沒發(fā)現(xiàn)具有這種能力？事情看來并不是那么簡單……

單性生殖的火雞

或許通過常見的家養(yǎng)火雞，我們可以最好地理解“單性生殖”。在19世紀(jì)初，有報告稱雞有單性生殖的現(xiàn)象，之后有人就開始研究火雞中的類似現(xiàn)象。他們發(fā)現(xiàn)，這些大型家禽能產(chǎn)下未受精的蛋，并成功孵出后代。

不過，這些孵出來的火雞雛鳥都是雄性的。與哺乳動物不同，在鳥類中，雄性的染色體占據(jù)主導(dǎo)地位。很快，人們選育出了一個單性生殖的火雞家系，其雄性后代都發(fā)育正常，而且能成功進(jìn)行繁殖。

過去15年中，出現(xiàn)了一系列關(guān)于家養(yǎng)魚類、蛇和蜥蜴等動物單性生殖行為的報道，而且，似乎許多種鯊魚也具有這種行為。2001年12月14日，在養(yǎng)在一起的三條雌性窄頭雙髻鯊中，有一條產(chǎn)下了健康的雌性后代。這三條雌性鯊魚是在未成年時，從美國佛羅里達(dá)群島海域捕獲的。它們都沒有接觸過雄性鯊魚。

據(jù)紐約州立大學(xué)石溪分校的德米安·查普曼(Demian Chapman)團(tuán)隊稱，這三條雌性窄頭雙髻鯊中確實有一條進(jìn)行了生育。隨后的遺傳學(xué)檢測證實，沒有雄性鯊魚參與其中。后來科學(xué)家在其他4種鯊魚中也發(fā)現(xiàn)了同樣的現(xiàn)象。查普曼說：“看起來這是一種在許多鯊魚中都存在的現(xiàn)象?！?/p>

科摩多巨蜥

2006年，科學(xué)家報告稱，兩條不同的科摩多巨蜥——世界上最大的蜥蜴——也出現(xiàn)了單性生殖的行為。這兩條巨蜥圈養(yǎng)在不同的機(jī)構(gòu)中，一條在切斯特動物園，另一條在倫敦動物園。兩家動物園都位于英國。

當(dāng)時，科學(xué)家推測這種巨蜥能夠在有性生殖和無性生殖之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，即在沒有雄性存在的極端情況下，可以生出自己的克隆后代。近年來，科學(xué)家還發(fā)現(xiàn)包括蟒和蚺在內(nèi)的多種蛇類中，也會在沒有雄性的情況下進(jìn)行單性生殖。

那么問題來了，它們?yōu)槭裁匆@么做呢？

沒有雄性的生活

一個可能的解釋來自野生條件下的鞭尾蜥。事實上，鞭尾蜥包含了許多物種，其中相當(dāng)一部分是來自其他物種的雜交后代。這些奇特的雜交物種都是雌性，雄性已經(jīng)被完全從它們的繁殖過程中踢開。每只雌性鞭尾蜥都通過無性生殖的方式產(chǎn)生后代。

這種性別專屬的策略具有其演化優(yōu)勢：無論哪一只鞭尾蜥落單了，它都可以延續(xù)自己的基因，而那些需要依賴雄性才能繁殖的鞭尾蜥則逐漸消亡。這是一種非常特別的單性生殖，只出現(xiàn)于沒有雄性存在的情況下。那些被困在孤島上的雌性鞭尾蜥，逐漸轉(zhuǎn)變了生物學(xué)特征，以進(jìn)行單性生殖。

科學(xué)家認(rèn)為，網(wǎng)紋蟒Thelma可能也是出于類似的原因才進(jìn)行單性生殖。它生活在寬敞的籠舍中，食物充足，溫度適宜，具有在生物學(xué)上轉(zhuǎn)變成單性生殖的良好條件。對于其他蛇類、科莫多巨蜥和鯊魚來說，情況很可能也是如此。

　　不過，這種觀點也存在問題。通常，無性生殖是有一定代價的——本質(zhì)上這是同系繁殖的終極形式，無法創(chuàng)造出遺傳多樣性。因此，自體克隆的動物在應(yīng)對疾病和其他威脅時非常脆弱，它們?nèi)狈z傳多樣性來克服威脅 。基于這個原因，在單性生殖的科摩多巨蜥出現(xiàn)之后，科學(xué)家建議，不應(yīng)該把這種瀕危的蜥蜴隔離起來。他們擔(dān)心如果科摩多巨蜥開始單性生殖，其遺傳多樣性將逐漸減少。

當(dāng)然，在環(huán)境中沒有雄性的極端條件下，單性生殖也是很合理的選擇。

野生環(huán)境中的單性生殖

在野生環(huán)境下，一些脊椎動物也會出現(xiàn)單性生殖的現(xiàn)象。2012年，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)一些蝮蛇在野生條件下會經(jīng)常出現(xiàn)單性生殖的現(xiàn)象。

塔爾薩大學(xué)的沃倫·布斯(Warren Booth)及其同事采集了59窩蝮蛇(包括兩個物種)的蛋，并分析了這些蛋的“DNA指紋”。他們發(fā)現(xiàn)，其中兩窩蛋是來自單性生殖的產(chǎn)物，更確切說是兼性單性生殖(facultative parthenogenesis)。

因此，人工養(yǎng)殖條件下的壓力因素可能并不是引發(fā)單性生殖的原因。而且，野生環(huán)境中的雄性蝮蛇數(shù)量很大，雌性并不是因為沒有選擇才進(jìn)行單性生殖。

“我們過去稱兼性單性生殖是演化中的新奇事物，但它并不像人們想象的那么新奇，”沃倫·布斯說，“我們現(xiàn)在所做的這些生殖生物學(xué)工作令人稱奇，從周圍的動物身上，我們還可以學(xué)到許多有關(guān)繁殖模式的新知識?！?/p>

古老的繁殖方式

沃倫·布斯推測，單性生殖實際可能是一種非常古老的脊椎動物繁殖方式。最擅長這種行為的動物，如蟒和蚺，也是最古老的一些蛇類。較晚出現(xiàn)的物種，如眼鏡蛇等，在單性生殖中只能產(chǎn)下1到2條后代，而且經(jīng)常無法存活。

或許在這些古老蛇類生存的年代，可能是億萬年前，它們的數(shù)量如此稀少，或者很難找到異性配偶，因此只能采用單性生殖的方式。不過化石記錄無法告訴我們有關(guān)的信息。

事實上，要弄清楚有多少野生動物能以這種方式進(jìn)行繁殖也異常困難。想要了解野生魚類是否能進(jìn)行單性生殖幾乎不可能。對鯊魚而言，唯一的方法是獲取雌性鯊魚及其后代的DNA，檢測差異的百分比。由于許多鯊魚物種處于瀕危狀態(tài)，這樣的研究很難進(jìn)行。

于是難題依然存在著。為什么在無性生殖具有如此多缺點的情況下，還要進(jìn)行單性生殖？特別是在雄性個體充足的野生環(huán)境中？而且，即使單性生殖是一種古老的演化產(chǎn)物，那為什么至今還仍然存在？

健康的后代

有一個答案或許就存在于這些問題之中。哈佛大學(xué)演化生物學(xué)家詹姆斯·漢肯(James Hanken)指出，如果無性生殖真的這么不好，那它就不應(yīng)該存在如此長的時間。因此，盡管遺傳多樣性很重要，但并不是全部。那些由單性生殖產(chǎn)生的后代本身就支持了這一點。

相比兩性繁殖的后代，由單性生殖而來的幼鯊具有的遺傳多樣性更少，但它們同樣健康，“沒有任何有害的隱性基因，”德米安·查普曼說道。

美國佐治亞州立大學(xué)的戈登·蘇萊特(Gordon Schuett)是首位記錄蛇類中兼性單性生殖的科學(xué)家，據(jù)他介紹，雌性之所以決定單獨繁殖后代，可能是因為有性生殖活動消耗巨大。雌性需要忍受雄性之間的競爭和打斗，而找到理想配偶有時也很困難。

另外一種觀點認(rèn)為，演化之外的某些東西在起作用。單性生殖可能是被一些外部因素所引發(fā)。如荷爾蒙，或者荷爾蒙失衡？或者甚至是致病體，如病毒或寄生蟲的作用？有一種黃蜂，當(dāng)被某種細(xì)菌感染時，就會出現(xiàn)無性生殖的行為。沃倫·布斯支持這種觀點，他說：“我們在鳥類、蛇類和鯊魚中都發(fā)現(xiàn)了這種行為，它們似乎是各自進(jìn)行演化的，因此有其他什么因素在驅(qū)動著?！?/p>

戈登·蘇萊特則沒有那么肯定，他很難相信導(dǎo)致如此眾多的物種出現(xiàn)同樣行為的因素只有一個。不過，沃倫·布斯正致力于對多種生物，包括科摩多巨蜥、蟒、蚺和許多保存在實驗室中的動物組織進(jìn)行遺傳學(xué)檢測。他試圖尋找出某個決定性的遺傳特征，表明某種病毒或其他激發(fā)因素的存在。

如果無法發(fā)現(xiàn)這種激發(fā)因素，那可能就意味著，保留在不同物種中的單性生殖能力可以作為某種備用機(jī)制，在不利于有性生殖或有性生殖消耗過大的情況下被啟用。

美國堪薩斯大學(xué)醫(yī)學(xué)中心的彼得·鮑曼稱，如果上述觀點是真的，那隨著野生動物數(shù)量的下降，我們或許將看到更多的單性生殖行為?？茖W(xué)家已經(jīng)在等待發(fā)現(xiàn)森蚺——世界上最重的蛇——是否也會加入能夠進(jìn)行單性生殖的脊椎動物名單。

“自然界中演化出這樣的方式著實神奇。從適應(yīng)性的角度來說，這確實增強(qiáng)了物種長時期生存的能力，因為它有了備用策略，”彼得·鮑曼說，“有性生殖最大的一個缺點，就是要求兩個個體同時出現(xiàn)在一個地方，當(dāng)種群密度非常低的時候，這就是個很大的問題?！睆难莼慕嵌葋碚f，有性生殖依然是目前更為成功的繁殖方式，但彼得·鮑曼補(bǔ)充道：“顯然兩種機(jī)制各有優(yōu)勢?！?/p>

那么，哺乳動物呢？

最后一個謎題是，如果單性生殖比科學(xué)家估計的還要廣泛存在，那么為什么包括人類在內(nèi)的哺乳動物無法做到呢？

或許哺乳動物也是可以做到的。

目前還沒有哺乳動物進(jìn)行自然單性生殖的例子，無論是在圈養(yǎng)還是野生條件下。然而，在20世紀(jì)30年代的哈佛大學(xué)，一位名為格雷戈里·平卡斯(Gregory Pincus)的科學(xué)家開始對哺乳動物的生殖系統(tǒng)進(jìn)行研究。他的工作使他成為了人類避孕藥的發(fā)明者之一。

當(dāng)時，他宣稱在兔子身上引發(fā)了單性生殖，引發(fā)了不小的爭議，因為其他科學(xué)家無法重復(fù)這一結(jié)果。幾十年之后的2004年，有科學(xué)家報告稱成功使一只基因工程小鼠出現(xiàn)了單性生殖的行為。這只小鼠的后代不僅活了下來，而且能夠生育自己的后代。

科學(xué)家稱，由于一些根本性的生物學(xué)特征，哺乳動物很難，甚至不可能自然地單性生殖出可存活的后代。不過，或許某一天，有一只哺乳動物會在某一個地方給我們一個驚喜。就像網(wǎng)紋蟒Thelma，以及其他那些蛇類、火雞和鯊魚一樣，它會生下一個“奇跡”后代，從而對我們對生殖生物學(xué)的認(rèn)知提出根本性的挑戰(zhàn)。(任天)