自我克隆的小龙虾娘子军:孤雌生殖的奇迹与挑战

作者: EVEE

来源: 科学大院

发布日期: 2022-03-28 07:00:00

本文探讨了一种名为美洲龙纹鳌虾的小龙虾,它通过孤雌生殖方式进行繁殖,不需要交配即可产卵,并且这种繁殖方式使其在短时间内迅速扩张。文章详细介绍了这种小龙虾的发现过程、生物学特性、基因组研究以及对生态系统的影响。

在自然界中,某些生物在进行繁殖时不通过两性生殖细胞的融合,由卵子就能直接发育成子代个体,这种生殖现象被称为孤雌生殖,亦称单性生殖。谈到孤雌生殖,大家首先想到的是什么?是能产下非受精卵进而发育出雄峰的蜜蜂,还是一些专门靠雌性来繁殖后代的鞭尾蜥,亦或是最近十分火热的孤雌生殖小鼠?对于选择了两性生殖的我们而言,可能会觉得孤雌生殖或者单性生殖很神奇。

但其实在自然界中,孤雌生殖并不少见,科学家们已经掌握的可以进行孤雌生殖的动物就超过了一千种。

1995年,一位德国的水族爱好者发现自家养殖的宠物小龙虾看起来有些不一般,不仅个头巨大,产卵量还十分惊人,一次就可以产下数百个卵,由于其外壳上的纹路酷似大理石纹,这种小龙虾在圈子里被称为“大理石纹小龙虾”。

很快,这种奇特的小龙虾开始在水族爱好者中流行起来,不仅是德国,连其他地方的宠物商店中都出现了这种小龙虾。但让饲主好奇的是,这些小龙虾全都是雌性,而且不需要交配就可以产卵,更神奇的是,这些卵可以直接孵化出后代,真是让人感到不可思议。

很快,这种神奇的小龙虾就引起了科学家们的关注,德国柏林洪堡大学的动物学家格哈德·舒尔茨为了搞清楚这种小龙虾的繁殖方式,便试着饲养了一些,结果发现这种大理石纹小龙虾确实具有孤雌生殖的能力。不仅如此,舒尔茨还通过对这些小龙虾的线粒体基因进行测序,找到了它们的近亲——原产于美国的龙纹螯虾。

不过,直到2018年,这种大理石纹小龙虾才有了自己的学名——Procambarus virginalis,和对应的中文名——美洲龙纹鳌虾。

不久,美洲龙纹鳌虾孤雌生殖的威力开始显现,好生养的特性让饲主们实在是遭不住,养一只在一年后都能变成几百只,就是家里有矿也受不了这种增长模式啊。于是,大量的美洲龙纹鳌虾被饲主们随意丢弃到野外,短短时间内,这种连科学家也不知道它们诞生于何方的神奇鳌虾的分布范围发生了急剧的扩张,“鳌虾娘子军”开始了自己的扩张之路。

为了回答这个问题,科学家们花了好多年的时间,对美洲龙纹鳌虾的基因组进行了测序,力求揭开美洲龙纹鳌虾的身世之谜。2018年,德国遗传学家弗兰克·吕科及其团队在期刊《自然·生态与进化》上发表了一项研究,试图捋清美洲龙纹鳌虾诞生的来龙去脉。根据前期倍性检测的结果,科学家们发现美洲龙纹鳌虾是3倍体,再结合美洲鳌虾是美洲龙纹鳌虾的近亲,大家是不是也猜到了些什么?没错,美洲龙纹鳌虾其实是龙纹鳌虾的三倍体。

看到这,估计有不少朋友会认为美洲龙纹鳌虾孤雌生殖的能力是来源于三倍体的加成,其实这还真不好说,甚至,前面那个龙纹鳌虾A和B偶遇的故事都存在一些问题。为了搞清楚A和B这两套染色体的来源,吕科的团队这次将注意力放在了原产地的龙纹鳌虾身上,他们在龙纹鳌虾的原产地采样了23个种群,进行了测序分析。

结果表明,美洲龙纹鳌虾与来自大沼泽地区域种群(Everglades)的美洲鳌虾关系最近,这就说明,前述那个关于A和B来自不同产地的设想大概是研究人员的一厢情愿,其实美洲龙纹鳌虾的“爹”和“妈”最多就住在隔壁村,甚至是邻居也说不定。

不过,孤雌生殖在给美洲龙纹鳌虾带来超强扩张能力的同时,也给它们的生存埋下了隐患。如果有啥病原体演变出了一种攻击它们的方法,那么整个美洲龙纹鳌虾物种都会遭受灭顶之灾。吕科博士在评价这个自己研究了多年的物种时谈到,“美洲龙纹鳌虾也许能活10万年,但在物种进化的过程中,这不过是昙花一现”,只是,在这昙花一现的时间里,这个物种已经带来了意料之外的危害。

美洲龙纹鳌虾不仅长得快,还长得大,根据2015年的一项研究,在同样饲养250天的条件下,美洲龙纹鳌虾的体重基本上是龙纹鳌虾的两倍。不仅如此,根据对野外个体的测量结果,美洲龙纹鳌虾的甲壳长度和总长度都要明显长过龙纹鳌虾。更让人震惊的是,美洲龙纹鳌虾在产卵能力上更是远胜自己的亲戚,一只美洲龙纹鳌虾平均可以产下300枚卵,而龙纹鳌虾平均只有50枚,整整6倍的差距!

事实上,美洲龙纹鳌虾虽然可以吃,但是味道并不好,肉也很少。2003年,舒尔茨博士在研究中谈到了对美洲龙纹鳌虾危害欧洲淡水生态系统的担忧,而在20年后的今天,美洲龙纹鳌虾就已经席卷了亚非欧三个大洲,健硕的体格和超强的繁殖能力让美洲龙纹鳌虾在扩张的路上无往不利,从德国的废弃煤矿到马达加斯加的稻田,甚至是远在东亚的日本,各式各样的环境中都可以看到他们标志性的大理石壳纹。

最后,要告诉大家一个不是特别好的消息,国内已经有水族店在贩卖这种鳌虾,美洲龙纹鳌虾或许已经开始在中国悄咪咪地扩张了……

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