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动物世界里的“女儿国”

文章来源:动物研究所    发布时间:2018-03-09  【字号:      】

  “圣僧拜佛到西梁,国内衠阴世少阳。农士工商皆女辈,渔樵耕牧尽红妆。”这是《西游记》中唐三藏师徒经过西梁女国时遇到的场景。那么现实中有没有这样的“女儿国”呢?

  

这里我们首先要对“女儿国”定个标准,要符合两点:其一,“国中”都是女性;其二,这些女性不需要异性一样可以繁殖后代,如果不能如此国就难以为继。

  在人类中完全符合这两点的没有,不过动物界的孤雌生殖就完全符合“女儿国”的标准!

  什么是孤雌生殖?

  孤雌生殖是自然界中存在的一种的生殖现象,指的是动植物的卵子不需要受精过程,就能单独发育成后代的生殖方式。

  “孤雌生殖”(parthenogenesis),这个单词来源于希腊语词根,意为“处女生产”,简单说就是雌性不需要男欢女爱,也能产下后代。这种生殖方式多存在于低等无脊椎动物中,比如蜜蜂、轮虫、蚜虫,在低等的脊椎动物中也会出现,比如某些蛇类和鲨鱼,目前科学所知的孤雌生殖的动物有一千多种。

  那么孤雌生殖是否就一定排除异性呢?

  在《西游记》中,女儿国开国那么久,不需男性也能繁衍,为何女王对唐三藏动心呢?

  其实,对于大多数可以孤雌生殖的动物来说,它们并非“不近男色”,如果有雄性个体存在,它们会选择有性生殖。也就是说,在它们的世界中,男性可有可无,真正实现那句话“没有男人,照样生娃”。

  现在笔者就带大家去动物世界中的“女儿国”游历一番吧!

  工蜂:生子并非为了传宗接代

  最为人知的孤雌生殖的动物就是蜜蜂。蜜蜂群体是一个神秘的组织,一个蜂巢成员大致分为:蜂后、雄蜂、工蜂。它们各司其职,有组织、有纪律。

  在蜂群中,蜂后的地位最高,它的主要任务是生育,每天可产2000粒卵。蜂后虽然也与雄蜂交配,但是却能产下受精和非受精两种卵,前者发育成蜂后或者工蜂(由喂养幼虫的不同食物决定),后者则发育成雄蜂。

  蜂群只有在每年的固定时期内才培育少数雄蜂,它们的存在只是为了和蜂后交配,不做任何事情。

  蜂群中数量最多的是工蜂,它们也是雌性,可是卵巢发育不健全,不能进行交配。

  为了蜂群,工蜂辛苦劳作,却不能繁衍自己的后代。基因是自私的,繁衍自己后代是自然界每个生命体的最高使命,工蜂为何反其道而行之?

  事情的真相是这样的:蜜蜂通过社会化分工协作,能够大幅提高幼虫的生存率,和单独筑巢的雌蜂相比,蜂群中的工蜂通过提高自己“胞弟妹”生存率来提高自身基因的遗传率。

  以一种名为“盐川小花蜂”的蜜蜂为例,它们的群体中一部分雌蜂有单独筑巢的特性。不同的组织形式,造就了它们不同的命运。在蜜蜂集体生活的蜂巢中,幼虫生存率达到约90%,是雌蜂单独筑巢时的9倍左右。雌蜂单独筑巢的情况下,在成虫出外觅食时幼虫得不到照管,可能被其他动物捕食,生存率大幅下降。因此与蜂后合作的雌蜂(工蜂),虽然付出了没有直接繁殖后代的代价,但提高了自身“胞弟妹”的生存率,比起单独筑巢的同代雌蜂,大幅增加了传递给种群后代的基因量。

  不过实际情况要复杂得多。下面的这个研究会让你大吃一惊。巴西科学家对45个蜂群中的近600个雄蜂进行了研究,通过了它们的基因型来查明它们的身世。结果表明,23%的雄蜂是工蜂的后代,而不是蜂后的。

  工蜂一般情况下是不能够进行交配的,但是工蜂也能孤雌生殖,能够产生一些可以发育成雄蜂的非受精卵。为了确保自己的统治地位,蜂后通常会将它下属工蜂产下的非受精卵吃掉。可是有些时候,蜂后也会被欺骗。

  这里的奥妙在于,工蜂产生自己的后代不是为了传递自己的基因。那23%的工蜂产子唯一益处就是能够延长它们的寿命3倍,这个寿命周期差不多跟蜂后的一样长。处于繁殖期的工蜂一般工作量比较低,也不会执行危险的任务,比如说寻找食物。它们是为了自己的利益而繁殖出下一代劳动力的。有了新生代的劳动力可以代替自己承担工作,这些工蜂们就可以过上轻松的生活。

  蟑螂:没有雄性照样横扫全球

  蟑螂君被称为打不死的小强,它们的强悍超乎你想象。日本科学家研究发现,只要三只以上的雌性蟑螂生活在一起,它们就可以通过孤雌繁殖的方式快速生产后代,整个过程完全不需要雄性的参与。即便是你把全世界的雄蟑螂全部干掉,人家蟑螂君依旧可以生生不息。

  为了证明雌蟑螂孤雌生殖的能力,日本科学家做了下面一个实验:

  实验中,科研人员将一只雌性蟑螂和一只或者两只被阉割的雄性蟑螂放在一起饲养。结果显示,正常的雌性和被阉割的雄性在一起的时候,也可以产卵,只不过它的产卵时间会比聚集在一起的雌性的产卵时间晚很多。

  随着国家二胎政策的放开,适龄女性们聚在一起,喜欢聊下二胎问题。而几只雌蟑螂们聚在一起,可以加快“生二胎”的进程。科研人员比较了一只雌性与一组雌性(包括两只一组,三只一组,五只一组)在产卵时间上的差别。结果令人吃惊。生活在一起的雌性比单只雌性的产卵时间短很多。更神奇的是这些生活在一起的好姐妹们在产卵时间上步调非常的一致,同一次产卵时间前后差别特别的小。这充分说明了,雌性蟑螂聚集在一起生育更快,似乎有比着生的嫌疑,那么这是什么原因呢?

  研究人员开始以为是雌性激素刺激它们加快生育。于是研究人员给雌性个体定期提供雌性激素,但是,它们的产卵时间并没有被提前。显然,只有当雌性个体真的生活在一个完全由雌性组成的群体中的时候,它们的产卵时间才会被提前。科研人员推测,蟑螂需要雌性散发特有的化学信号才可以完成孤雌生殖,并非因为性激素或者其他非挥发性的化学信号的参与。

  雌性蟑螂只通过孤雌生殖也可以维持它们的种群,但是有条件的话,它们还是乐意和夫君行周公之礼的。因为,孤雌生殖产生的卵鞘的孵化率比有性生殖产生的卵鞘的孵化率低。雌蟑螂的强悍之处在于,只要和夫君行一次“周公之礼”,就可以子孙满堂,终生产出受精卵。

  新螯虾:“女儿国”也能人造!

  有时,“女儿国”的产生也是人类无心插柳的结果。

  上世纪90年代中期,德国一家宠物圈将两只不同品种的虾放在一起饲养,结果两种虾共赴“巫山云雨”之后产生了爱的结晶——一个全新的品种。于是世界上出现了一种新螯虾,在科学家眼里完全是一个“黑户”,无名无姓,以前也没有发现过。

  人们根据壳纹叫它“大理石纹螯虾”。德国柏林洪堡大学的动物学家格哈德·舒尔茨(Gerhard Scholtz)对此产生了好奇,他试着单独养了一只大理石纹螯虾。这只虾没有配偶,也没有藏着此前交配遗留下来的精囊,但它却不断产卵,并孵出后代。更为神奇的是,这些卵全部孵化出雌虾。后来,有人就建议把大理石纹螯虾命名为“处女螯虾”(Procambarus virginalis)。2003年,舒尔茨在《自然》上发表论文首次报告了这种螯虾。大理石纹螯虾长得快、长得大、生得多,短短几年就扩散到了欧亚非三大洲的野外。

  为了查明它的来历,舒尔茨检测了这种螯虾的线粒体基因,发现和原产美国的龙纹螯虾(Procambarus fallax)非常接近,仅仅证明可能是其近亲。可是,他依旧没有弄清楚,这只虾来源何处。

  德国遗传学家弗兰克·吕科(Frank Lyko)团队花5年时间给大理石纹螯虾彻底测了序,才总算解开历史的谜团。

  原来,大理石纹螯虾是两只不同品种的龙纹螯虾私交产生的“孽子”。关键是这个“孽子”,在基因组合的时候出了点意外,形成独特的AA'B基因型。两只不同产地的美国龙纹螯虾A与B产下的后代按说应该是AB。而不知是卵细胞还是精细胞出错,不慎多保留了一组A染色体,于是AB结合后就诞生了一只AA'B三倍体螯虾。而产地不同导致A与B的基因差异较大,于是这只三倍体螯虾自带杂种优势,个大能生,能适应各种环境。

  很多动物也会杂交产生后代,比如驴和马产下骡子,但是骡子不能产生下一代,因此影响就在可控的范围内。而大理石纹螯虾可怕之处在于它还具备了孤雌繁殖功能,可以产下可孕的后代。

  “女儿国”的喜与忧

  问世间情为何物,直教人生死相许。在女儿国似乎不需要为爱困扰,岂不快哉?同样,孤雌生殖也有诸多的好处。对比两性生殖,美国生物学家木小衲博士(密苏里科技大学副教授)总结了孤雌生殖的好处:

  孤雌生殖可以节省能量。谈情说爱,浪漫是浪漫,可是废时、烧钱。而孤雌生殖,就可以省下谈情说爱能量。

  无性生殖可以减少交配中被捕食物的几率。许多动物交配中,疏于对天敌的防范,增加被捕杀的几率。也就是裴多菲所谓的“生命诚可贵,爱情价更高。”

  交配行为会增加感染疾病的机会,很多微生物会随之而入。诸如人类的艾滋病,梅毒,而孤雌生殖就没有这个烦恼。

  生得多,快速占领地盘。孤雌生殖可以保证了种群中个体数量的快速增加,更快速占领新的栖息地。如果所有的条件都相同,那么孤雌的后代数量会比有性生殖多。

  既然无性生殖有如此巨大的好处,为什么还要搞出这么多痴男怨女?

  凡事有利就有弊!孤雌生殖有诸多优点,却存在两大缺点:

  1.缺少基因多样性。物种繁衍如投资,不能把鸡蛋都放在一个篮子里。所谓治世求稳,乱世求变。孤雌生殖,基因缺少多样性,赶上了盛世可以大赚一笔。相反,如果生在“乱世”,缺少变通可能导致全军覆没。越乱的环境,越需要有基因多样性,因为你不知道哪种基因是适合环境的,所以各种可能性都得试一试。有性生殖能够增加基因的多样性,父母的基因在孩子身上重新组合,互通有无,取长补短,有利于后代繁殖生存。

  2.孤雌生殖有害突变可能会不断累积,直致积重难返,产生所谓的“穆勒棘轮效应(Muller's ratchet)”。

  所以,很多孤雌生殖的物种是两手抓策略:当环境比较好的时候,进行孤雌生殖。环境好且稳定,对基因多样性的要求就要低。如果环境变得险恶了,那么下一代就进行有性生殖了。

  最后灌鸡汤一勺,孤雌生殖验证了两句话:

  第一,没有男性,照样生娃;

  第二,治世求稳,乱世求变。

  参考文献:

  [1]Booth, W., Johnson, D. H., Moore, S., Schal, C., & Vargo, E. L. (2011). Evidence for viable, non-clonal but fatherless Boa constrictors. Biology Letters, 7(2), 253-256.

  [2]Gutekunst, J., Andriantsoa, R., Falckenhayn, C., Hanna, K., Stein, W., Rasamy, J., & Lyko, F. (2018). Clonal genome evolution and rapid invasive spread of the marbled crayfish. Nature ecology & evolution, 1.

  [3]Katoh, K., Iwasaki, M., Hosono, S., Yoritsune, A., Ochiai, M., Mizunami, M., & Nishino, H. (2017). Group-housed females promote production of asexual ootheca in American cockroaches. Zoological letters, 3(1), 3.

  [4]Scholtz, G., Braband, A., Tolley, L., Reimann, A., Mittmann, B., Lukhaup, C., ... & Vogt, G. (2003). Ecology: Parthenogenesis in an outsider crayfish. Nature, 421(6925), 806.

  (作者/动物所 赵序茅)




(责任编辑:侯茜)

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