三年前,蜗牛杰里米的“全球征婚”引发了 BBC、《纽约时报》等知名媒体的关注。杰里米不是什么珍稀物种,但由于它的壳是罕见的左旋,生殖器也长在对侧,它无法和一般的右旋同类交配。如今,诺丁汉大学的科学家终于发现,杰里米的罕见特征并非因为遗传,而是来自于偶然的发育错误。这项研究或许能帮助我们理解生物体的左右不对称如何产生。
2016 年,英国伦敦西南部,一位从自然历史博物馆退休的科学家在堆肥上发现了一只散大蜗牛。这是地中海和欧洲西部非常常见的一种蜗牛,法餐中吃的就是它。但是眼前这只蜗牛与众不同:它的壳是左旋的。背着左旋壳的散大蜗牛,就像心脏长在右侧的人类一样罕见。退休科学家将它托付给研究蜗牛的演化遗传学家、诺丁汉大学的阿格努斯·戴维森博士。
它被命名为杰里米,这个名字来自于一位著名的园艺爱好者——英国左派政治家、当时的工党领袖杰里米•科尔宾。戴维森想知道是什么使它产生了这种罕见特征,这背后涉及一个演化中的深层问题:生命体为何总是左右不对称的。但是首先,杰里米需要留下后代。蜗牛是雌雄同体的生物,但它们通常需要和另一个个体交换精子,才能完成繁衍。而因为身体镜像翻转,杰里米无法和普通的同类交配。
散大蜗牛的生殖孔位于头部后方右侧,一方接触到另一方的生殖孔时,就会释放出坚硬的“恋矢”,将精子送进对方体内,对方也会礼尚往来。如果杰里米遇到了普通的同类,对方靠近它的身体右侧,只会发现“端口调用失败”。它们也无法借助视觉调整姿态,因为蜗牛的视力极差,基本只能分辨白天和黑夜。实际上,统计显示散大蜗牛的“恋矢”约有三分之一会脱靶。杰里米需要一个同样背着左旋壳的伴侣。
2016 年 10 月,戴维森通过社交媒体为杰瑞米发起了“征婚”,并很快引发了各大媒体的关注。蜗牛爱好者和蜗牛养殖场、蜗牛餐厅的员工们都行动起来,其中一个来自西班牙的养殖场就找到了 4 只。这起“全球征婚”也成为科学传播的一个经典案例。相亲对象找到了,但成不成还得看缘分。一个月后,来自英国东部的小左和来自西班牙的托梅乌被一同带到杰里米面前。在全世界关切的目光下,小左和托梅乌选择了彼此。
好在,经历了重重波折后,杰里米最终得到了属于自己的机会。2017 年 10 月,托梅乌产下 56 个卵,其中大约有三分之一是杰里米的孩子。杰里米几天后自然死亡,没能见上一面,不过“从科学上讲,它不太可能认得出(孩子们)”,戴维森说。杰里米所有的孩子都有着右旋的壳。
在那次行动中,世界各地的热心人共找到了 45 只左旋壳蜗牛。法国人菲利普·托马斯还帮助设计了蜗牛繁育项目,如今这个家族已经繁衍到第四代,共产生了 15000 个个体。经过统计分析,戴维森认为散大蜗牛的左旋性状通常是偶然的发育错误的后果,而非可遗传的性状。这篇论文今天在英国皇家学会出版的《生物学快报》发表。为了感谢帮助参与寻找左旋蜗牛的公众,戴维森将“公民科学家”和托马斯一同列为共同作者。
许多生物都有着大体对称的外形和不对称的内部结构,比如人类的心脏一般长在身体左侧。大约万分之一的人有着镜像翻转的身体结构,这种情况称为内脏反位。许多动物也有自己的“惯用手”。软体动物的壳大多数为右旋。左右不对称特征的分布和自然选择、性选择有关。例如,Satsuma 属蜗牛中左旋更常见,这种特征有助于躲避琉球钝头蛇的捕食。
这种蛇上颌右侧的牙齿比左侧要多,能够轻松吃掉右旋蜗牛,而左旋蜗牛吃起来就困难多了。但是另一方面,左旋个体仍然面临孤独一生的极大风险:像杰里米一样,它们也只能和左旋同类交配。并且,左右不对称在发育过程中出现得很早。
此前戴维森团队的另一项研究发现,在蜗牛 2-细胞胚胎和 4-细胞胚胎中都已经能观察到基因表达的不对称,在这一阶段使用抑制形成蛋白的药物能够使蜗牛胚胎生长出镜像翻转的结构;而在青蛙早期胚胎中,用药物抑制形成蛋白或使其过度表达都会导致不规则发育。这篇论文于 2016 年 2 月在《当代生物学》发表。在脊椎动物中,早期胚胎中纤毛的定向运动会驱使液体定向转动,打破胚胎的左右对称。
不过总的来说,对于生物为何产生了不对称,以及为什么大部分螺壳是右旋、大部分人是右利手,我们还了解得很少。戴维森也说:“我们已经知道两个‘左撇子’通常会生出‘右撇子’,至少对于散大蜗牛来说是这样的。其他一些蜗牛的左旋是可遗传的性状,但是我们仍不知道这个过程如何发生。如果我们能回答这些问题,这或许有助于理解其他动物的左右不对称如何形成,包括我们自身。”