为什么有草就有鱼 因为无异性也能繁殖!

2021年9月29日20:28:32来源:新浪科技 评论 2

单性繁殖一般多见于植物,其实某些动物为了避免种族灭绝,在某些条件下也可以单性生殖。

近日,意大利撒丁岛Cala Gonone水族馆中出生了雌性星鲨(Mustelus mustelus),水族馆的工作人员给它起名为伊斯佩拉(Ispera),在马耳他语中是“希望”的意思。

小鲨鱼在水族馆中出生并不稀奇,Ispera出生的罕见之处在于,其母亲在过去十年中与另一头雌性鲨鱼共用一个水箱,并没有与雄性鲨鱼相处。这种罕见的现象被称为孤雌生殖(parthenogenesis),也称单性生殖,是雌性在极端情况下自我受精的结果。

目前已经在80多种动物中观察到孤雌生殖现象,但鲨鱼的孤雌生殖还是首例。佛罗里达州莫特海洋实验室和水族馆鲨鱼和鳐鱼保护项目主任德米安·查普曼(Demian Chapman)领导了几项鲨鱼孤雌生殖研究,他在接受采访时说,“已经在鲨鱼和鳐鱼中多次发现这种情况,但在野外很难检测到,只能从圈养的动物中发现,已知大约有 15 种鲨鱼和鳐鱼会这样做。”

科学家注意到,孤雌生殖最常发生在地毯鲨,特别是白斑竹鲨(Chiloscyllium plagiosum)和豹纹鲨(Stegostoma tigrinum),它们是常见的水族馆物种。

为什么有草就有鱼 因为无异性也能繁殖!豹纹鲨

不完美的克隆

孤雌生殖是指在没有精子受精的情况下自然繁殖和生成胚胎,主要发生在部分植物、无脊椎动物(包括线虫、水蚤、蝎子、蚜虫、寄生蜂等)和脊椎动物(一些鱼类)、两栖动物、爬行动物中,鸟类中极少见。

正常的卵细胞在减数分裂过程中形成的是单倍体,染色体数量是母体细胞的一半。然而,单倍体个体通常不能存活。孤雌生殖后代通常具有2倍体染色体数,这是因为孤雌生殖过程中存在4种情况,其中较为常见的是卵原细胞正常进行减数分裂,产生3个极体和1个卵细胞,其中卵细胞与任意极体随机结合,形成“极体-卵细胞”形式的“受精卵”,并由此细胞发育成后代个体(后代为2倍体)。

澳大利亚昆士兰大学研究鲨鱼孤雌生殖的生物科学研究员克里斯汀‧达钦(Christine Dudgeon)在接受采访时说,“卵细胞与极体结合,这本质上是另一种细胞,在卵细胞产生的同时产生并具有互补的DNA。在这种情况下,极体充当具有单链DNA的假精子细胞。由此产生的后代的DNA百分之百来自母体,但并不是它们的精确克隆。这是因为性细胞(也称为极体)具有独特的基因组合,这些基因在创建时从每个亲本中随机选择,因此每个鲨鱼卵(或极体)具有不同的基因组成。当极体和卵细胞结合时,会产生与母体基因不同的幼鲨。”

固定的基因型

性染色体决定性别中,主要分为XY型性别决定和ZW型性别决定两种形式,主要区别为雌雄个体的性染色体组型相反、后代性别与受精时的配子关系有别、存在的物种不同。

使用 XY 性别决定系统的物种,雌性动物的基因型是XX,产生的性细胞都是X染色体,孤雌生殖后代具有两条 X 染色体并且只能是雌性。克里斯汀‧达钦教授称,“鲨鱼母亲是 XX,她只会将 X 染色体传给后代,意味着产生的后代幼鲨总是雌性。”

使用 ZW 性别决定系统的物种,要么有两条 Z 染色体(雄性),要么有两条 W 染色体(大多数不能存活,很少有雌性)。2006年5月,伦敦切斯特动物园中,雌性科莫多巨蜥弗洛拉(Flora)产下 25 枚卵,其中11枚可以存活,3枚在孵化过程中受到损坏。动物园管理员在确定11枚卵都可以孵化后非常震惊,Flora在动物园中从未接触过雄性巨蜥。

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孤雌生殖方式出生的科莫多巨蜥

动物园工作人员与利物浦大学的菲利普·瓦茨教授合作,对损坏的3枚卵进行基因分析,最终确定每个卵都是孤雌生殖的结果,所有遗传物质都来自Flora。雌性科莫多巨蜥的基因型是WZ,她所孵化出的幼年巨蜥均为雄性(与大部分孤雌生殖只能产出雌性后代不同,科莫多巨蜥的孤雌生殖所产出的都为雄性后代)。

遗传多样性减少

在野外,孤雌生殖可能是无法找到雌性配偶的最后手段,或者是因为与同类中的其他物种分离,亦或是因为气候变化和过度捕捞等人类影响、自然选择压力消灭了所有的雄性。查普曼称,在水族馆中,与雄性分离或长期隔离会引发雌性的这种自然反应。在几年的时间里,已经观察到一些鲨鱼个体通过孤雌生殖反复分娩,其他鲨鱼在引入配偶时可能会在孤雌生殖和有性繁殖之间切换。

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维护生物多样性

“孤雌生殖本质上是近亲繁殖的一种形式,后代的遗传多样性大大减少”,克里斯汀‧达钦教授称,“孤雌生殖后代的胚胎失败率很高,但只要它们存活下来,成年以后会过上正常的生活,有些甚至可以繁殖。”

需要注意的是,无论是否孤雌生殖,幼鲨的存活率都不高,很难确定幼鲨死亡的确切原因。据《新闻周刊》报道,Ispera看起来健康状况良好,预计将在圈养中过上相对正常的生活。

孤雌生殖或许是雌性物种在进化过程中形成的保留物种的一种方式,也可能是最后的退路。科学家要尽快搞清楚,将雄性和雌性分开的行为是否会导致它们从有性繁殖转向无性繁殖,从而导致遗传多样性下降的问题。

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