一些动物物种可以在没有性繁殖的情况下成功生存——ScienceDaily

来源: University of Cologne

科学家首次证明无性繁殖在长期内可以取得成功,研究对象为甲螨Oppiella nova。该发现挑战了无性繁殖在地质时间尺度上生存的不可能性,揭示了无性繁殖物种在基因组中积累突变的Meselson效应。研究团队通过复杂的基因组分析,确认了O. nova的纯无性繁殖特性,并指出这为理解无性繁殖物种的进化提供了新视角。

在一个国际研究项目的框架下,一组科学家首次证明了无性繁殖在长期内可以取得成功。他们研究的动物是甲螨Oppiella nova。迄今为止,没有性繁殖的动物物种在地质时间尺度上的生存被认为是非常不可能的,如果不是完全不可能的话。然而,来自科隆大学、哥廷根大学、洛桑大学(瑞士)和蒙彼利埃大学(法国)的动物学家和进化生物学家团队首次在古老的甲螨物种O. nova中证明了所谓的Meselson效应。

Meselson效应描述了在纯无性繁殖的有机体基因组中出现的特征性痕迹。结果已发表在《PNAS》上。

到目前为止,科学家们已经看到了性繁殖在后代中通过父母提供的两个不同基因组的相遇而产生的遗传多样性的巨大进化优势。在具有两套染色体的生物中,即每个细胞中有两份基因组拷贝,如人类和也通过性繁殖的甲螨物种,性确保了两份拷贝的持续“混合”。这样,不同个体之间的遗传多样性得到了保证,但同一生物体内的两份基因组拷贝在平均水平上仍然非常相似。

然而,无性繁殖的物种,即产生自身遗传克隆的物种,也可以在其基因组中引入遗传变异,从而在进化过程中适应其环境。但(与性繁殖物种相比)无性繁殖的缺乏导致两份基因组拷贝在同一生物体内独立积累突变或遗传信息的变化,并变得越来越不同:两份拷贝彼此独立进化。Meselson效应描述了在纯无性物种的染色体组中检测到的这些差异。'这听起来可能很简单。

但在实践中,Meselson效应从未在动物中得到确凿的证明——直到现在,'洛桑大学生态与进化系教授Tanja Schwander解释道。

像O. nova这样的古老无性动物物种的存在对进化生物学家来说很难解释,因为无性繁殖似乎在长期内非常不利。为什么几乎所有动物物种都纯粹通过性繁殖?因此,像O. nova这样完全由雌性组成的动物物种也被称为'古老的无性丑闻'。

证明这些古老的无性丑闻确实像假设的那样完全无性繁殖(并且已经这样做了很长时间)是一个非常复杂的过程:根据该研究的第一作者、洛桑大学的Alexander Brandt博士的说法,'例如,可能存在某种未知的“隐性”性交换。或者尚未知晓。例如,最终可能会意外地产生一个繁殖雄性。'然而,至少在理论上,纯无性繁殖在基因组中留下了一个特别特征性的痕迹:Meselson效应。

为了他们的研究,研究人员收集了德国的不同Oppiella nova种群及其密切相关但通过性繁殖的物种Oppiella subpectinata,并对其遗传信息进行了测序和分析。'这是一项西西弗斯式的任务,'科隆大学动物学研究所的Emmy Noether初级研究小组组长Jens Bast博士说。'这些螨虫只有五分之一毫米大小,很难识别。'此外,分析基因组数据需要专门为此目的设计的计算机程序。

因此,Brandt、Schwander和Bast咨询了经验丰富的土壤科学家和分类学家Christian Bluhm博士、专门从事进化基因组的生物信息学家Patrick Tran Van以及哥廷根大学的土壤生态学家Stefan Scheu教授。

他们的努力最终得到了回报:他们成功证明了Meselson效应。'我们的结果清楚地表明,O. nova完全无性繁殖。在理解没有性的进化如何工作时,这些甲螨可能还会带来一两个惊喜,'Bast总结道。结果表明:没有性繁殖的物种生存相当罕见,但并非不可能。研究团队现在将尝试找出这些甲螨的特别之处。

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