為什麼有些雌性動物不用交配也能生育?它們的後代有雌雄之分嗎?

2023-07-02     怪羅科普

原標題:為什麼有些雌性動物不用交配也能生育?它們的後代有雌雄之分嗎?

2018年,在哥斯大黎加共和國的一個動物園中,一隻獨自生活了16年的雌性鱷魚突然生產了16枚卵,未交配的鱷魚通常不會產卵,而更有意思的是16枚卵中有7枚似乎還是可以孵化的。

這件事情引起了專家的注意,他們將那7枚有機會孵化的卵進行了人工孵化,最後得到一個完全成形的鱷魚後代,不過這條唯一孵化的鱷魚最後也沒有存活下來。

這條「未婚先孕」的鱷魚叫做 Coquita,後面經過DNA對比,孵化的那條鱷魚的基因與 Coquita的匹配度達到99.9%,這可以確定這條鱷魚確實在沒有雄性基因參與的情況下完成了生育。

這種雌性自己就能夠生育的情況被稱為孤雌生殖,在動物界孤雌生殖還是挺普遍的,但通常都是無脊椎動物,脊椎動物比較罕見,而鱷魚則是第一次確定它們也存在孤雌生殖的能力,相關研究直到今年6月份才研究發表在《生物學快報》雜誌上。

研究人員還給出了一個比較有趣的推測,他們認為翼龍和恐龍或許也存在孤雌生殖的能力,並以此調侃電影《侏羅紀公園》的相關設定(只培育雌性恐龍來抑制恐龍發展)。

圖源:微博@RAX博士

之所以會這麼認為,是因為從鱷魚到恐龍,再到鳥類,其實都屬於一個被稱為主龍類的古老譜系,而到目前為止,已確定存在孤雌生殖的80多種脊椎動物中,鳥類也是名單中的常客。

主龍類是整個蜥形綱中演化程度最高的群體,但現在只剩下鱷魚和鳥了,其中鱷魚是最古老的主龍類,而鳥類是最年輕的,恐龍正好是中間形態。

當首尾都有孤雌生殖案例的時候,有理由相信恐龍也存在孤雌生殖的能力,或許這就是主龍類的古老特徵。

但是,很多人可能會好奇,這些有性生殖的動物是如何完成孤雌生殖的,孤雌生殖的意義又是什麼,它們會產生雄性後代嗎?

其實孤雌生殖比我們想像得要有趣許多,也複雜許多。

孤雌生殖的動物會產生雄性後代嗎?

我們知道,有性生殖涉及兩種成分:卵細胞和精細胞。每個生殖細胞,都提供了創造生物體所需的一半遺傳信息。

但在孤雌生殖中,這些動物找到了一種獨特的方式來填補通常由精細胞提供的基因。

有些進行孤雌生殖的動物,其雌性的卵巢同樣也會進行減數分裂,但是他們產生卵細胞的同時還會產生一種「副產品」——稱為極體的較小細胞。

孤雌生殖和有性生殖

在其中一種孤雌生殖的方式——稱為自體混合的孤雌生殖中,動物可以將極體與卵融合以產生後代。

孤雌生殖的另外一種常見方式被稱為無融合生殖,這種模式下,生殖細胞不會進行減數分裂,而是直接進行有絲分裂,並逐漸分化成其他細胞。

很明顯,無融合的情況只是在複製自己,它是相對「低端」的孤雌生殖方式,它的後代不會出現雄性,不過這種方式在植物中比較常見,動物則更喜歡使用第一種方式(自體混合)。

對於自體混合來說,它其實並不是完全的複製,減數分裂的過程讓它的基因會出現相應的偏差,同時後代的性別也變得更加有趣。

這種孤雌生殖方式產生的後代性別取決於物種的性別決定系統,對於XY性別決定系統的動物來說,孤雌生殖產生的後代只有XX,所以通常也不會出現雄性。

但在極少數情況下,比如蚜蟲等動物可以產生具有生育能力的雄性後代,除了缺乏第二條X染色體外,這些後代在基因上與母親相同,由於它們只能產生含有 X染色體的精細胞,因此它們的所有後代都將是雌性。

眾所周知,性別決定系統不是只有XY,還有ZW——比如鳥類就喜歡用這種系統,而鳥類可能天生具有孤雌生殖的能力(許多被發現的孤雌生殖案例就是鳥類)。

ZW的系統和XY正好相反,其雌性擁有兩條不同的性染色體(ZW),所以在孤雌生殖的時候它有能力創造三種不同的後代,分別是雌性ZW和雄性ZZ,以及另外一種奇怪的WW——這種情況通常無法存活,但是在一種蟒蛇除外,其WW後代表現有雌性。

為什麼動物會進行孤雌生殖?

總得來說,孤雌生殖並不是只會得到雌性,至於這種生殖方式對於動物來說有何意義,其實很簡單,它和所有類型無性生殖的優勢是一樣的——可以大大降低生殖成本,這樣在適合的環境下可以迅速爆發。

但是,無性生殖也有它的缺點,那就是子代完全繼承了親代的基因,這讓他們無法適應和擴張到更多新環境。

蜜蜂的孤雌生殖有別於脊椎動物

你會發現,大部分(幾乎所有)能夠進行無性生殖的動物,它們的體型都比較小,這些動物的生存相對來說會更加困難,自然沒法為繁殖投入更多資源,不去尋找伴侶就能繁殖是不錯的選擇。

脊椎動物有著絕對的生存優勢,這是脊椎動物不常使用無性生殖的原因所在,脊椎動物更喜歡那種高投資的有性生殖

除了可以摒除無性生殖的缺點外,有性生殖其實也有著動物難以拒絕的回報或者優點,它可以讓後代出現更多的遺傳變異,從而適應更多新環境,同時還可以隱藏掉種群中的一些緻密疾病,這些都是適合種群發展的優勢,或者說對基因傳遞有利。

所以,即便像主龍類這種古老的譜系可能依然保留了孤雌生殖的能力,但他們也幾乎不用,只有逼不得已時才會使用,那就是在環境惡劣,無法為生殖投入太多時,它們通過孤雌生殖來傳遞基因。

也正因為如此,大部分孤雌生殖的脊椎動物都是生存在沙漠和島嶼的物種,生存本身不易,這是它們為了繁殖或者說傳遞基因最後的努力

其實圈養的環境也是因為難以支付生殖成本了,它們完全找不到伴侶,所以前文提到的那條鱷魚激發出原始潛能。

女兒國並不存在?

很多人可能還會好奇,人類或者哺乳動物是否有這樣的能力,由於我們是XY性別決定系統,如果我們擁有這樣的能力的話,這意味著「女兒國」是可能的。

但事實是,所有哺乳動物都無法在自然情況下完成孤雌生殖,因為哺乳動物的繁殖依賴於一種稱為基因組印記的過程,只有出現一些特定的來自父親的基因時,某些關鍵基因才會激活。

如果只有單親,無論雌雄,它都無法激活所有關鍵基因,從而不可能產生可存活的後代。

不過,現在已經有幾種哺乳動物通過實驗誘導完成了孤雌生殖,如果女兒國存在的話,那必須要有高度發展的科技做支持。

文章來源: https://twgreatdaily.com/zh-my/0900d1425ec1faa51ff5448dfd903f2d.html