動物園里一條單獨圈養的雌性鱷魚,突然產下14枚鱷魚蛋。單身鱷魚產蛋的情況雖然很少見,但并不奇怪。最讓人震驚的是,它產下的鱷魚蛋中,有7枚蛋居然能孵化鱷魚寶寶。
鱷魚是兩性繁殖,交配后產卵,孵化小鱷魚。在繁殖期內,成年雌性鱷魚在沒有交配的情況下,也有可能下蛋,但是這些蛋是無精蛋,不會孵化出小鱷魚。未受精的鱷魚蛋孵化小鱷魚,這現象還是第一次被發現。
這條鱷魚單親媽媽是一條美洲鱷,生活在哥斯達黎加動物園。
2002年,動物園引進一條2歲的雌性美洲鱷,單獨飼養在爬行館內。過了16年,在2018年時,這條18歲的美洲鱷一次產下14枚鱷魚蛋。
園區工作人員從來沒有見過單身鱷魚產蛋,覺得很好奇,就把鱷魚蛋拿去孵化。孵化3個月后,沒有小鱷魚破殼而出。看到預料之中的結果,工作人員也沒有很失望,但接下來的最后一步操作,真正嚇到了他們。
工作人員依次把孵化后的鱷魚蛋打開,7枚蛋殼里有形狀大小不一的胚胎。其中的一枚蛋殼里,盤著一條夭折的小鱷魚,身體已經完全發育成形(圖片里是成形的小鱷魚)。
單身雌性鱷魚能獨自繁殖后代?工作人員無法接受這個結論,但他也找不到過去16年里,這條鱷魚遇到雄性鱷魚的可能性,于是求助專業的生物研究機構來解答困惑。
美國弗吉尼亞理工學院的生物學團隊來到動物園,對雌鱷魚和它產下的鱷魚蛋取樣分析。經過全基因組測序,結果證實,沒有意外,這條鱷魚就是憑借一己之力繁殖后代。蛋殼里孵化的小鱷魚,跟鱷魚媽媽的DNA對比,99.9%以上都是相同的。
這是世界上,第一次證實鱷魚能夠進行“孤雌生殖”。鱷魚孤雌生殖的研究報告發表在2023年6月的《生物學快報》上。
自然條件下,鱷魚能夠孤雌生殖,其他動物也會這一招嗎?還有,人類能不能做到孤雌生殖?
我們從頭說起。
掌握孤雌生殖技能的動物
孤雌生殖,也叫單性生殖,是指卵在沒有受精的情況下,發育成正常的個體。掌握這項技能的種族,不需要雄性參與,雌性就能獨自繁殖后代。
孤雌生殖在自然界很常見,尤其是昆蟲界,我們熟悉的蜜蜂、蚜蟲、水蚤,都會孤雌生殖。除了無脊椎動物外,還有80多種脊椎動物也掌握了這項技能,其中包括魚、兩棲、鳥,還有爬行動物里的蛇和蜥蜴,其中有世界上個頭最大的科莫多巨蜥。
有趣的是,掌握孤雌生殖技能的動物,并不是只會這種技能,它們還會進行正常的兩性繁殖。
有些物種偶爾進行孤雌生殖。比如文章開頭的美洲鱷,還有科莫多巨蜥,正常情況下它們是兩性生殖,只是偶爾會產下未受精的蛋,孵化出單親的寶寶。
有些物種會周期性地進行孤雌生殖。比如棉蚜,從春天到秋天,孤雌生殖10多代以后,在冬天交配產卵,執行正常的兩性生殖。
- 那么問題來了,單個雌性就能生產后代,這算有性繁殖,還是無性繁殖,跟基因克隆有什么區別?
答案是:雖然沒有兩性交配的行為,但是孤雌生殖屬于有性繁殖,而克隆屬于無性繁殖。孤雌生殖的生殖細胞發育方式,跟克隆個體的體細胞分化方式不同,產生的結果也不同。
克隆個體的基因跟母體一模一樣,而孤雌生殖的后代不完全跟媽媽相同。克隆個體的性別跟母體一致,但是孤雌生殖的后代,既有雌性,也有雄性。就拿文章開頭的美洲鱷來說,你可以用孵化溫度來選擇孤雌生殖的小鱷魚性別,溫度高一點是雄性,溫度低一點是雌性。
- 為什么會出現孤雌生殖?
孤雌生殖的最大優勢是,在惡劣條件下,保存種族的繁衍延續。
在適應的環境情況下,雌性會自動啟動孤雌生殖的技能。比如文章開頭那條孤獨的美洲鱷,當長期找不到雄性配偶時,自發進行產卵繁殖。
另外,人工刺激也能誘發孤雌生殖。比如,溫度刺激、電刺激、化學刺激,這些外界條件都會引發海膽進行孤雌生殖。
最后一個問題,人類也能做到孤雌生殖嗎?
自然界里,孤雌生殖每次生產的后代數量,并不比兩性生殖的數量少。
在不需要雄性參與的情況下,雌性繁殖大量后代。這個技能,既能避免尋找異性的麻煩,又能減輕耗費大量精力進行的同性競爭,大大降低了生殖成本。
這項提高生殖效率的孤雌生殖技能,連鱷魚都掌握了,人類能不能掌握呢?
很遺憾,到目前為止,自然界里的孤雌生殖技能,沒有一只哺乳動物能夠掌握。哺乳動物要進行正常的兩性生殖,雄性精子和雌性卵細胞結合,才能繁衍出后代。
雖然自然界里缺少雄性,哺乳動物不能有性生殖后代,但是,實驗室里培育的有性生殖的健康后代,卻真正脫離了雄性基因。
中科院動物研究所的合作團隊,培育出一只擁有2位媽媽,沒有爸爸的小鼠。小鼠成功渡過哺乳期,生長到成年期,跟一只雄鼠正常交配,產下鼠寶寶。這只實驗室里的小鼠,沒有雄性參與,但是身體健康。
同時,合作團隊還培育出一只擁有2位爸爸基因,沒有媽媽的小鼠。只有雄性基因的小鼠,存活了48小時后,就夭折了。中科院的研究報告,發表在《細胞-干細胞》期刊上。
準確地說,實驗里健康的小鼠,不是孤雌生殖的后代,而是雙雌生殖的后代。但是,它的存活證明了缺少雄性參與,僅僅依靠雌性哺乳動物就能培育出健康后代。
實驗室走通了哺乳動物拋棄雄性爸爸,只用雌性媽媽來培育后代的一條路。以后,自然界會不會也走上這條路,最終拋棄雄性呢?等待時間給出答案。
好了,孤雌生殖的秘密先聊到這兒。
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參考資料:
1、Discovery of facultative parthenogenesis in a new world crocodile
2、Viable offspring derived from single unfertilized mammalian oocytes
3、Generation of Bimaternal and Bipaternal Mice from Hypomethylated Haploid ESCs with Imprinting Region Deletions
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