就是它們！毀三觀的線蟲Mesorhabditis belari。
圖片來(lái)源：Marie DELATTRE/LBMC/CNRS Photo library
在自然界，除了最為常見的交配方式，孤雌生殖的例子我們也見過(guò)不少。但下文這種線蟲的交配方式，絕對(duì)顛覆你的認(rèn)知。
今日，國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》（Science）報(bào)道了一種中桿屬線蟲（Mesorhabditis belari）獨(dú)特的生殖方式：大部分情況下，雌性個(gè)體利用雄性的精子激活卵細(xì)胞，但并不使用精子的DNA，而是孤雌生殖、生下雌性后代。但在極少數(shù)情況下，它們也會(huì)生下部分雄性，讓它們?yōu)榕畠簜兲峁┛杉せ盥鸭?xì)胞的精子。利用這種生殖方式，它們保證了雌性基因池的絕對(duì)“純凈”。
撰文 | 李曉慧
該論文通訊作者，法國(guó)里昂大學(xué)生物學(xué)家Marie Delattre在接受《環(huán)球科學(xué)》采訪時(shí)表示，“一般的孤雌繁殖，雌性不會(huì)花力氣去生育雄性，這看上去是一個(gè)比較‘聰明’的策略。但是我們研究的這種線蟲，它們自己生育雄性，利用精子卻不使用其中的DNA，這有些不同尋常。”這種罕見的生殖策略，對(duì)這一物種的意義是什么？
特殊的孤雌繁殖
對(duì)于人類來(lái)說(shuō)，生命是一支雙人舞蹈，男與女是繁育后代的最佳拍檔。男性的精子與女性的卵細(xì)胞合二為一，將各自的遺傳物質(zhì)傳遞給下一代。
但在動(dòng)物界，孤雌生殖的例子有很多，生殖策略也各不相同。比如在北美洲東北部有一種雌性蠑螈，它們不需要雄性就能夠繁殖，而且只生育雌性后代。它們的策略是：雌性蠑螈從其他種類的雄性蠑螈的精液中“偷取”DNA，但并不是用來(lái)讓自己的卵細(xì)胞受精，而是直接將其納入自己的基因組。據(jù)科學(xué)家估計(jì)，這種孤雌生殖的蠑螈從600萬(wàn)年前就已存在，并一直演化至今。看起來(lái)，這種繁衍方式確實(shí)有其優(yōu)勢(shì)所在。
在美國(guó)西部，有幾種鞭尾蜥蜴也沒有雄性，為了繁衍后代，雌蜥蜴會(huì)騎上另外一只雌蜥蜴，模仿雄蜥蜴交配時(shí)的動(dòng)作，科學(xué)家認(rèn)為，這是在刺激被騎的雌性產(chǎn)卵，后者不需要精子讓卵細(xì)胞受精，卵細(xì)胞會(huì)自行分裂，形成胚胎。這些蜥蜴生下的寶寶只有雌性，而且與母親一模一樣。
新墨西哥鞭尾蜥只有雌性個(gè)體，這種模仿雄性交配的行為，能刺激被騎的雌性產(chǎn)卵。
而在今日的Science中，Delattre等人首次描述了一種線蟲獨(dú)特的生殖策略，它們?cè)诖蟛糠智闆r下，利用雄性的精子“激活”卵細(xì)胞，“扔下”精子中的DNA，生下女兒，從遺傳角度來(lái)看，這種情況下雄性是無(wú)用的。其實(shí)它們大可以找其它種類的線蟲完成這一孤雌繁殖過(guò)程，但是它們卻沒有這么做，在不到10%的情況下，它們還要使用精子中的DNA，生下雄性后代，從研究人員基因測(cè)序結(jié)果來(lái)看，這些雄性后代除了Y染色體外，其它染色體與它們的母親和姐妹非常相似。這些雄性后代將與它們的姐妹們交配，繼續(xù)作為姐妹們卵細(xì)胞的“激活器”。如此周而復(fù)始，雌性線蟲保持著其基因池完全的“純凈”。
上圖：左側(cè)為兩性融合的胚胎，右側(cè)為孤雌胚胎
下圖分別為兩類胚胎的染色體
為什么只生下9%的兒子？
在實(shí)驗(yàn)室條件下，研究人員發(fā)現(xiàn)雌性線蟲在一生中，生育的兒子占所有后代的比例約為9%。這個(gè)數(shù)字對(duì)于線蟲種群來(lái)說(shuō)，有什么重要意義呢？“我們想了解，如此低比例的雄性，對(duì)整個(gè)種群來(lái)說(shuō)是否為最優(yōu)的選擇。”研究人員表示。
為了回答這個(gè)問(wèn)題，研究人員設(shè)計(jì)了一項(xiàng)試驗(yàn)，他們將20只雌性線蟲與不同數(shù)量的雄性線蟲置于一處令其交配，然后計(jì)算它們?cè)诜敝称陂g生育的后代數(shù)量。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)20只雌性線蟲與1只雄性線蟲在一起時(shí)，平均生育了490只后代；當(dāng)雄性線蟲的數(shù)量達(dá)到2只的時(shí)候，生育后代的數(shù)量上升到800只。但是，之后再增加雄性線蟲的數(shù)量并不會(huì)增加雌性線蟲繁育后代的規(guī)模。
這樣的結(jié)果表明，即使雄性線蟲數(shù)量增加，單只雌性線蟲繁育的胚胎數(shù)量平均也不會(huì)超過(guò)40個(gè)。另外也表明，在有20只雌性線蟲的情況下，2只雄性線蟲就足以獲得最大規(guī)模的后代數(shù)量。基于模擬計(jì)算，最終，研究人員得出結(jié)論，大概只需要約9%的雄性后代，就可以保證整個(gè)族群規(guī)模的最優(yōu)化，卵細(xì)胞可以被充分地利用。
爸爸的DNA只能給兒子
在研究中，Delattre等人通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，這種雌性線蟲會(huì)發(fā)育兩種類型的胚胎，一種由孤雌發(fā)育而來(lái)，另外一種是兩性融合發(fā)育而成。在試驗(yàn)中，研究人員發(fā)現(xiàn)，65個(gè)孤雌發(fā)育的胚胎全部發(fā)育為雌性后代，而15個(gè)兩性融合發(fā)育的胚胎后代全部為雄性。
基因測(cè)序表明，雌性后代的DNA與母親一致，而雄性后代的DNA來(lái)自于父親和母親。“這表明，這種線蟲的雌性個(gè)體純粹是由雌核發(fā)育而來(lái)，兩性融合只能生育雄性后代。”研究人員表示。“而且，我們的研究結(jié)果也顯示，雄性DNA永遠(yuǎn)不會(huì)遺傳給雌性。”
孤雌繁殖的胚胎
既然雌核發(fā)育就能夠正常地繁衍生息，為什么這些線蟲還要花費(fèi)精力生下兒子們呢？生兒子對(duì)媽媽們來(lái)說(shuō)有何益處？研究人員認(rèn)為，目前來(lái)看，生下雄性并不會(huì)增加雌性基因的多樣性，但是如果兒子們更傾向于與女兒們交配，那么生兒子就有了意義。
偏愛兄弟姐妹間交配繁殖
為了驗(yàn)證這種雄性線蟲是否更傾向于與它的姐妹們交配，研究人員開展試驗(yàn)，觀察來(lái)自同一個(gè)母親的雄性是否更偏愛與其姐妹交配，并考察來(lái)自不同母親的雌性和雄性的交配繁育情況。
他們將5只雌性線蟲與2只同母雄性線蟲置于一處進(jìn)行交配，之后，又讓5只雌性線蟲與2只非同母雄性線蟲進(jìn)行交配。研究人員發(fā)現(xiàn)在150次兄弟姐妹間的交配中，有117次成功；而非兄弟姐妹間的交配，150次交配中只有73次成功。兄弟姐妹間的成功交配顯著高于非兄弟姐妹間的交配。
這樣的結(jié)果，與研究人員此前的假設(shè)基本一致，這些線蟲確實(shí)更傾向于兄弟姐妹間的交配與繁殖，這也就基本解釋了，為什么雌性線蟲愿意付出精力來(lái)繁育雄性后代。“我們認(rèn)為，雌性生育少量?jī)鹤拥脑蚴牵@樣它們就不需要與其它雌性競(jìng)爭(zhēng)雄性了。”Delattre說(shuō)。
那么這對(duì)于雄性線蟲來(lái)說(shuō)有什么意義呢？Delattre表示，從遺傳角度來(lái)看，除了Y染色體之外，雄性的基因與它們的母親和姐妹都非常相似，所以我們目前傾向于認(rèn)為，雄性線蟲可能只是雌性線蟲的延伸。
參考鏈接：
http://science.sciencemag.org/content/363/6432/1210
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1046/j.1420-9101.1998.11060755.x
https://www.biorxiv.org/content/biorxiv/early/2018/10/22/449710.full.pdf
《環(huán)球科學(xué)》2019年3月刊上市
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