异性不香了?和雄鸟一起住,雌鸟还搞无性繁殖

作者: 栗子

来源: 环球科学

发布日期: 2021-11-17

科学家在加州神鹫中发现孤雌生殖现象,即雌鸟在没有雄鸟参与的情况下也能繁殖后代。这种现象在鸟类中较为罕见,尤其是在雌鸟周围有雄鸟的情况下。加州神鹫的孤雌生殖后代均为雄性,且存在健康问题,但这一发现为濒危物种的保育提供了新的可能性。

当一种动物濒危时,种群中那些硕果仅存的个体,性生活是会被凝视的。从事动物保育的科学家,常年关心着它们有没有交配,有没有生育后代。没想到却有了意外发现……

加州神鹫曾是美国原住民创造的神话中的一个重要角色。比如,加利福尼亚州当地的维约特(Wiyot)部落流传着一种说法:神明用一场大洪水毁灭人类后,是加州神鹫重新创造了人类。而就是这样一种“神鸟”,却由于非法狩猎、铅中毒和栖息地被破坏等等原因不断减少,到1982年时全球仅存22只。

也是在上世纪80年代,人类拯救这种鸟类的行动开始了。人们把加州神鹫从野外接到一些动物园里进行人工饲养,再逐步让它们回归自然。遗传学家奥利弗·莱德(Oliver Ryder)博士作为圣地亚哥动物园野生动物联盟的成员,也参加了保育工作。

加州神鹫的雌性与雄性外观接近,为了分辨性别和避免近亲繁殖,莱德博士为各个动物园里的加州神鹫建起一个基因数据库。随着这个极危物种的数量稳步回升,确定园中每只加州神鹫的父亲和母亲,也成了一项任务。

但就是在这项日常任务中,莱德博士发现数据存在一些异样:2001年出生的加州神鹫SB260和2009年出生的加州神鹫SB517,它们拥有各自母亲的基因,却与数据库里任何一只雄性的基因图谱都不匹配。也就是说,它们没有父亲。除此之外,还有一个重要因素,让莱德博士相信这两只鸟是孤雌生殖的后代:它们都是雄性。

鸟类当中,雌性为ZW,雄性为ZZ。在此前记载的鸟类孤雌生殖案例中,后代虽然极少存活,但也都是雄性。原因简单说来便是,鸟类用的不是XY性别系统,而是ZW性别系统,雌性是ZW(含有一条Z染色体,一条W染色体),雄性是ZZ(含有2条Z染色体)。

若是有性生殖,只等精子与卵细胞融合,便可形成受精卵。

但若是孤雌生殖,没有精子参与,要想产生后代,鸟类有以下两条路可走:第一条路叫末端融合(terminal fusion),是卵细胞与第二极体融合。因为,第二次减数分裂只是每条染色体的姐妹染色单体分开,进入两个细胞,所以卵细胞和第二极体的基因几乎一样。那它们融合成的细胞应是ZZ或WW纯合子,而非ZW杂合子。通常情况下WW是致死的,因此后代几乎只能是ZZ,也就是雄性。

第二条路叫核内有丝分裂(endomitosis),即卵细胞形成后,细胞内的染色体再复制一次。这样得到的依然是ZZ或WW纯合子,产生的后代依然是雄性。不论哪条路,都通往雄性的结局。至此,两只加州神鹫的性别已经与上面的原理吻合了。

假如性别还不足以说明一切,科学家又进行了进一步验证:在一对一对染色体上,查看等位基因究竟一样(纯合)还是不一样(杂合)。像上文提到的那样,鸟类进行孤雌生殖时,不论通过末端融合还是核内有丝分裂,后代都应是纯合子。科学家查看了同源染色体上的微卫星标记(microsatellite marker)点位,即一些短片段重复的序列。它们在不同的等位基因中,重复次数不同,长度也就不同,常用于亲子鉴定。

团队一共测试了21个位点,结果发现那两只雄性加州神鹫在这些位点上全部纯合。而在数据库里的911只加州神鹫当中,也只有这两只在21个位点全部纯合;其余900多只加州神鹫都有杂合位点,或者说它们都有父亲和母亲。至此科学家深信,SB260和SB517就是孤雌生殖的后代,并对这一发现感到异常兴奋。

虽然,其他鸟类(比如鸡和火鸡)也曾有过孤雌生殖的记录,但通过这种途径产生的后代,大多数都会在胚胎发育的早期死亡,很少有幸运儿能活着坚持到孵出。相比之下,2只加州神鹫十分幸运。2001年出生的加州神鹫SB260,放回野外后存活到大约2岁时去世;2009年出生的SB517,一直在园中生活到大约8岁才去世。

科学家发现它们特殊的身世,已经是这两只小鸟去世后的事了。它们活着的时候,人们并没注意到什么特别之处。但当科学家翻看当年的记录时,发现它们确实有健康问题:SB260的体型明显比其他同伴要小。它食量不足,且无法成功融入野生种群,科学家认为是这些因素导致了它身体状况不佳,这也是它早夭的原因。而SB517则存在脊柱弯曲,行走困难,正因如此它一直没有被放回野外。

通常来说,加州神鹫的寿命可达数十年,那两只小鸟显然不是其中的长寿代表。不过类似的健康问题,在孤雌生殖的动物后代中不算罕见。比如,塔尔萨大学的科学家沃伦·布斯(Warren Booth)说,他解剖过一些通过孤雌生殖产下的蝮蛇,发现它们脊柱很短、发育不良,除此之外头骨也存在畸形。

即便如此,加州神鹫的无性繁殖在科学家眼中,依然有着令人迷恋的闪光点。以往发现的进行孤雌生殖的鸟类,生活中大多很难接触到雄性,科学家也一直相信这就是它们进行无性繁殖的主要原因。可加州神鹫SB260的母亲和SB517的母亲,周围并不缺少雄性。毕竟,动物保育者常年期盼着它们交配生育,所以把雌雄养在一起,保障雌性日常能接触到有生育能力的雄性。在这样的前提下,孤雌生殖的发生才更令人惊喜。

此前,科学家常常把孤雌生殖理解成绝望中的挣扎,但加州神鹫的案例恐怕很难这样解释。两位进行孤雌生殖的母亲,都曾与雄性交配产下幼鸟,只是某一次“选择”了无性繁殖而已。并且,其中一位母亲在孤雌生殖后,又进行过有性生殖。眼下,科学家们还不知道鸟儿对自己的生殖方式有无意识,也没想好如何对此展开测试。

但他们知道,雌鸟就算不缺雄性和性能力,还是会进行孤雌生殖。他们也希望,能在加州神鹫身上继续观察到这样的现象。因为,即便当年的20多只已增长到如今的500多只(目前存活),加州神鹫仍是极危物种,而孤雌生殖或有可能帮助物种脱离困境。

无性繁殖在无脊椎动物当中十分常见,一个有名的例子是蜜蜂:虽然蜂王和工蜂是受精卵的产物,雄蜂却是由未受精的卵细胞发育而来,是单倍体。相比之下,脊椎动物繁殖的重要特征就是“双亲遗传”(bi-parental inheritance),所以科学家每发现一种会进行无性繁殖的脊椎动物,都会将它看作一个例外。可近年来,例外的列表越来越长,在脊椎动物中发现这种生殖方式,也越来越不令人惊讶了。

那么,脊椎动物中未曾在自然界发现孤雌生殖案例的,大概就是人类所属的哺乳动物了。这是因为,在哺乳动物的遗传物质当中,有种叫做“基因组印记”(genomic imprinting)的机制:一些印记在精子里,一些印记在卵细胞里,分别负责关闭一部分和胚胎发育有关的基因。只有精子和卵细胞融合,关键基因才全部可用。所以,孤雌生殖细胞几乎不可能发育成胚胎。

但在2004年,东京农业大学的一支研究团队,把一只母鼠的卵细胞核,跟另一只母鼠的卵细胞核结合起来,用这种方法制造了10只没有父亲的小鼠。那么,为什么小鼠的孤雌生殖细胞没有被“基因组印记”封印住?简单说来,研究人员修改了卵细胞里的一些印记,绕过了那道障碍。后来,10只孤雌小鼠中,有一只名为“辉夜姬”的小鼠有幸活到成年,并有了自己的孩子。当然,这样的生殖技术还是不能在人类身上滥用。

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