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处女产子?科学家发现孤雌生殖的基因开关

  • 2023-08-04 08:04:17 来源:尹哥聊基因

小时候看央视版《西游记》,总能被师徒四人在女儿国的遭遇逗得哈哈大笑,甚至怀疑真的存在喝一口就怀孕的子母河水。西方《圣经》里也有关于圣母玛利亚受圣神感召而怀孕的说法。后来学了生物,才慢慢发现,女儿国和圣母玛利亚的故事不就是生物界的孤雌生殖吗?

△ 谁能面对一个怀孕的八戒还忍住不笑?(来源:网络)


(资料图)

所谓孤雌生殖,就是不需要雄性参与,雌性自身可以产生后代的生殖方式,虽然人不会孤雌生殖,但这样的生殖方式在动物界里并不是什么稀罕事。很多动物都能做到,特别是一些低等原生动物、无脊椎动物和低等脊椎动物。真正稀罕的,是那些习惯于有性生殖的物种,却偷偷练就一副孤雌生殖的本领。

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奇怪的加州神鹫们

加州神鹫(California condor)是一种生活在美洲的濒危鸟类,上个世纪八十年代,其数量一度仅剩22只。为了保护这一物种,生物学家们对加州神鹫进行了全面的跟踪,甚至谁和谁做了不可描述的事情都有详细的记录,并且登记了每只加州神鹫的血统传承。

然而,当科学家们通过测序技术回顾这些“血统”时,突然发现有两只编号为 SB260 和 SB517 的加州神鹫与任何父亲没有血缘关系。唯一说得通的解释是,这两只加州神鹫在没有精子刺激的情况下由卵子直接发育而来,也就是前文提到的孤雌生殖。

不幸的是,当科学家意识到情况不对时,这两只血统“反常”的加州神鹫已经死亡了。SB260 在动物园出生,放归自然两年后死亡,它身材瘦小,且很难融入野生鸟群。SB517 出生后脊柱弯曲,行走困难,不具备放生条件,大约八岁时死在动物园里。

△ 圣迭戈动物园中的加州神鹫(来源:网络)

实际上,类似的现象还有很多,加州神鹫并不是唯一被发现“突然”拥有孤雌生殖能力的生物,在这前后,科学家在蟒蛇、窄头双髻鲨、火鸡、新墨西哥鞭尾蜥蜴、科莫多巨蜥等动物身上也观察到了孤雌生殖的现象。

特别是新墨西哥鞭尾蜥蜴,在它们的族群里,就不存在雄性。在卵形成之前,鞭尾蜥蜴细胞里的染色体会翻倍,这样一来,卵子的染色体数量就正常了,遗传多样性也得到了一定保证。

△ 有母无父的新墨西哥鞭尾蜥蜴(来源:网络)

世界现存最大的蜥蜴——科莫多巨蜥也练就了一身孤雌生殖的本领。它能让某个配子代替精子受精,但生下来的后代都是雄性。同时,雌性科莫多巨蜥并不避讳后代,往往还会“自产自销”,迅速繁衍出一个大家族。不过正常情况下,雌性科莫多巨蜥不会这么干,只有长期没有雄性时下才会“剑走偏锋”。

另外,蟒蛇也会借助孤雌生殖,快速恢复严重折损的种群数量。如果这么看,孤雌生殖似乎是部分生物在特定情况下主动适应环境的选择

这些现象,也不由得让人思索,是否存在一种“基因开关”,就像子母河水一样,轻松地让动物们实现孤雌生殖?

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科学家发现孤雌生殖的基因开关

7月28日,在 Current Biology 上发表的一项研究,就找到了孤雌生殖的开关。

来自英国剑桥大学和美国田纳西大学的科学家,对仅能有性生殖和可以孤雌生殖的果蝇进行基因测序,以探寻不同生殖形式的卵子中哪些基因是打开的、哪些又是关闭的,并很快确定了44个可能与孤雌生殖有关的基因。

随后,科学家根据掌握的信息,修改了黑腹果蝇中相应的基因,发现其中的11%获得了孤雌生殖的能力。它们会用半生(约20天)等待某个“黑衣少年”,如果等不来,才会转为孤雌生殖。

△ 果蝇巨大的染色体(来源:Nature)

在进一步的研究中,科学家还发现,孤雌生殖能力是可以遗传的。被诱导出孤雌生殖能力的黑腹果蝇后代中,约1%~2%仍具备孤雌生殖能力。不过它们依然“定力不足”,如果被帅哥勾搭,还是会转向有性生殖。

研究人员表示,未来还会在更多果蝇身上做实验,进一步研究这背后的机制。

(一个题外话,果蝇是生物学研究中常用的模式生物,至今对果蝇的研究已经启发了5个诺贝尔奖。)

△ 果蝇(来源:Nature)

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其他有趣的生殖研究

在科学界里,孤雌生殖并不是最富“想象力”的生殖方式。

2004年,日本研究人员培育出拥有两位生物学母亲的小鼠。

2018年,中国科学院动物研究所成功培育出拥有两位生物学父亲的小鼠。

今年5月10日,英国议会更是通过了“三亲婴儿”技术法案,这些婴儿有一位父亲和两位母亲。这项技术目前只被允许用于治疗某些严重的线粒体遗传疾病,也因此被称为第四代辅助生殖技术(详情请看尹哥的文章:英国首批三亲婴儿出生,三个人一起“造”孩子?)。

△ “三亲婴儿”技术需要的线粒体捐献相关步骤示意图(来源:英国《卫报》)

这些技术已经跳出了“自然法则”,不得不让人感慨:科学远比科幻更有想象力

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人类有可能进行孤雌生殖吗?

自然情况下,基本没啥可能性。

人类用来标记父系或母系基因组的遗传学调控更多也更复杂,而且目前雌性的卵细胞里只有一半的染色体,雄性需要为这些卵细胞提供足够的遗传信息(精子会带着另一半的染色体)。

另外,有性生殖并不意味着“落后”,相反,它是生物在漫长演化历程中摸索出来相对好的延续方式。来自父母双方的基因通过进一步重组,带来了广泛的遗传变异,使得后代更具多样性,能更好的适应自然选择,同时也为有利突变在种群中的传递奠定了基础。有科学家估计,从细菌到高等动植物,能进行有性生殖的种类占到93%以上,其重要性不言而喻。

假设人真的像雄蜂那样,单一的卵细胞就能发育成熟,那么很多隐性遗传疾病也会充分暴露,比如苯丙酮尿症、脊髓性肌萎缩等。这样的“怪胎”即便突破重重阻力出生,疾病、肿瘤等也会伴随其一生,很难拥有长久的寿命

△ 蜜蜂也是生物学里常见的模式生物(来源:网络)

今天,随着科技的进步,越来越多的生殖秘密被我们解码,或许有一天,与孤雌生殖有关的基因开关也能在人类身上发现,但到了那时候,您会选择打开这个开关吗?

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