没爸爸也可以生孩子：单性生殖奥秘

小丫

新浪科技讯 北京时间28日消息，据国外媒体报道，这是一条名为Thelma的雌性蟒蛇，它身长达到6米，在美国路易斯维尔动物园独自生活了4年，从未与任何雄性同类接触过。然而，它产下了61枚卵，并孵出了6个健康的后代。难道它是在许多年以前与某条雄性蟒蛇交配过，然后将其精子储存起来了？
4 T" |' U& H( c- ?, y) x+ }　　遗传学检测很快给出了答案：Thelma是世界上第一条无性生殖的网纹蟒。它所产下的卵具有长成雌性后代的所有遗传信息，无需雄性蟒蛇的精子或DNA。取代精子的是生殖细胞分裂时的副产物——极体，Thelma的卵细胞与极体结合，并最终发育成胚胎。因此，它的每个后代都具有它一半染色体的两份拷贝，换句话说，它们就是Thelma的半克隆体。
　　极端环境下的繁殖方式？
3 T9 M4 m  G: r　　尽管十分奇特，但我们现在已经知道Thelma的情况并非独一无二。科学家已经发现在许多物种中都存在单性生殖现象，包括两栖类、爬行类、软骨鱼类和硬骨鱼类，甚至是鸟类。至于这种现象的背后原因，我们现在还不是很清楚。
　　单性生殖，又称为孤雌生殖(parthenogenesis)，一开始被认为是极端情况导致的现象。在以往的记录中，这种现象只出现在人工养殖的动物中，因此人们推测是压力、隔离等原因引起。当延续血脉的其他方法都行不通的时候，或许就只剩下单性生殖这一条路了。
! C) `% C9 i: i. z8 B; W. H. ?　　然而，现实情况未必如此。科学家发现，一些雌性动物即使在存在雄性的情况下，也会采用单性生殖产生后代。而且，野生条件下也会出现单性生殖，甚至这种现象可能已经存在了亿万年的时间。这种繁殖方式具有一定的优势，特别是在如今的地球上，许多物种的种群数量正急剧地下降。当然，这也引发了对有性生殖重要性的讨论。
　　此外，还有一个很重要的问题是，为什么脊椎动物中，包括鱼类、爬行动物和鸟类都会出现单性生殖，但包括人类在内的哺乳动物却没发现具有这种能力？事情看来并不是那么简单……
　　单性生殖的火鸡
' X0 J4 w$ M8 s　　或许通过常见的家养火鸡，我们可以最好地理解“单性生殖”。在19世纪初，有报告称鸡有单性生殖的现象，之后有人就开始研究火鸡中的类似现象。他们发现，这些大型家禽能产下未受精的蛋，并成功孵出后代。
　　不过，这些孵出来的火鸡雏鸟都是雄性的。与哺乳动物不同，在鸟类中，雄性的染色体占据主导地位。很快，人们选育出了一个单性生殖的火鸡家系，其雄性后代都发育正常，而且能成功进行繁殖。
* P& [; N) g- s. T" `, x% H　　过去15年中，出现了一系列关于家养鱼类、蛇和蜥蜴等动物单性生殖行为的报道，而且，似乎许多种鲨鱼也具有这种行为。2001年12月14日，在养在一起的三条雌性窄头双髻鲨中，有一条产下了健康的雌性后代。这三条雌性鲨鱼是在未成年时，从美国佛罗里达群岛海域捕获的。它们都没有接触过雄性鲨鱼。
　　据纽约州立大学石溪分校的德米安·查普曼(Demian Chapman)团队称，这三条雌性窄头双髻鲨中确实有一条进行了生育。随后的遗传学检测证实，没有雄性鲨鱼参与其中。后来科学家在其他4种鲨鱼中也发现了同样的现象。查普曼说：“看起来这是一种在许多鲨鱼中都存在的现象。”
7 w7 B" Q: }, H　　科摩多巨蜥
　　2006年，科学家报告称，两条不同的科摩多巨蜥——世界上最大的蜥蜴——也出现了单性生殖的行为。这两条巨蜥圈养在不同的机构中，一条在切斯特动物园，另一条在伦敦动物园。两家动物园都位于英国。
　　当时，科学家推测这种巨蜥能够在有性生殖和无性生殖之间进行转换，即在没有雄性存在的极端情况下，可以生出自己的克隆后代。近年来，科学家还发现包括蟒和蚺在内的多种蛇类中，也会在没有雄性的情况下进行单性生殖。
　　那么问题来了，它们为什么要这么做呢？
　　没有雄性的生活
　　一个可能的解释来自野生条件下的鞭尾蜥。事实上，鞭尾蜥包含了许多物种，其中相当一部分是来自其他物种的杂交后代。这些奇特的杂交物种都是雌性，雄性已经被完全从它们的繁殖过程中踢开。每只雌性鞭尾蜥都通过无性生殖的方式产生后代。
3 W9 F/ m" S6 h$ V　　这种性别专属的策略具有其演化优势：无论哪一只鞭尾蜥落单了，它都可以延续自己的基因，而那些需要依赖雄性才能繁殖的鞭尾蜥则逐渐消亡。这是一种非常特别的单性生殖，只出现于没有雄性存在的情况下。那些被困在孤岛上的雌性鞭尾蜥，逐渐转变了生物学特征，以进行单性生殖。
　　科学家认为，网纹蟒Thelma可能也是出于类似的原因才进行单性生殖。它生活在宽敞的笼舍中，食物充足，温度适宜，具有在生物学上转变成单性生殖的良好条件。对于其他蛇类、科莫多巨蜥和鲨鱼来说，情况很可能也是如此。
% J- W  e/ X9 s- s2 k* P3 `4 z$ W　　不过，这种观点也存在问题。通常，无性生殖是有一定代价的——本质上这是同系繁殖的终极形式，无法创造出遗传多样性。因此，自体克隆的动物在应对疾病和其他威胁时非常脆弱，它们缺乏遗传多样性来克服威胁 。基于这个原因，在单性生殖的科摩多巨蜥出现之后，科学家建议，不应该把这种濒危的蜥蜴隔离起来。他们担心如果科摩多巨蜥开始单性生殖，其遗传多样性将逐渐减少。
2 n' C# F$ K0 h! {) O　　当然，在环境中没有雄性的极端条件下，单性生殖也是很合理的选择。
　　野生环境中的单性生殖
　　在野生环境下，一些脊椎动物也会出现单性生殖的现象。2012年，科学家发现一些蝮蛇在野生条件下会经常出现单性生殖的现象。
　　塔尔萨大学的沃伦·布斯(Warren Boo-th)及其同事采集了59窝蝮蛇(包括两个物种)的蛋，并分析了这些蛋的“DNA指纹”。他们发现，其中两窝蛋是来自单性生殖的产物，更确切说是兼性单性生殖(facultative parthenogenesis)。
　　因此，人工养殖条件下的压力因素可能并不是引发单性生殖的原因。而且，野生环境中的雄性蝮蛇数量很大，雌性并不是因为没有选择才进行单性生殖。
! V5 d2 k7 N& r% _2 W$ _/ B4 H7 r　　“我们过去称兼性单性生殖是演化中的新奇事物，但它并不像人们想象的那么新奇，”沃伦·布斯说，“我们现在所做的这些生殖生物学工作令人称奇，从周围的动物身上，我们还可以学到许多有关繁殖模式的新知识。”
% L$ a. p* X5 D* s　　古老的繁殖方式
　　沃伦·布斯推测，单性生殖实际可能是一种非常古老的脊椎动物繁殖方式。最擅长这种行为的动物，如蟒和蚺，也是最古老的一些蛇类。较晚出现的物种，如眼镜蛇等，在单性生殖中只能产下1到2条后代，而且经常无法存活。
　　或许在这些古老蛇类生存的年代，可能是亿万年前，它们的数量如此稀少，或者很难找到异性配偶，因此只能采用单性生殖的方式。不过化石记录无法告诉我们有关的信息。
' y7 B9 g4 |8 |% l　　事实上，要弄清楚有多少野生动物能以这种方式进行繁殖也异常困难。想要了解野生鱼类是否能进行单性生殖几乎不可能。对鲨鱼而言，唯一的方法是获取雌性鲨鱼及其后代的DNA，检测差异的百分比。由于许多鲨鱼物种处于濒危状态，这样的研究很难进行。
% r: y9 i; @1 d  I4 Q2 z　　于是难题依然存在着。为什么在无性生殖具有如此多缺点的情况下，还要进行单性生殖？特别是在雄性个体充足的野生环境中？而且，即使单性生殖是一种古老的演化产物，那为什么至今还仍然存在？
# z9 T" I  I! z6 z% j1 l" t# h　　健康的后代
　　有一个答案或许就存在于这些问题之中。哈佛大学演化生物学家詹姆斯·汉肯(James Hanken)指出，如果无性生殖真的这么不好，那它就不应该存在如此长的时间。因此，尽管遗传多样性很重要，但并不是全部。那些由单性生殖产生的后代本身就支持了这一点。
+ V: J2 G" n6 R0 a! V4 z　　相比两性繁殖的后代，由单性生殖而来的幼鲨具有的遗传多样性更少，但它们同样健康，“没有任何有害的隐性基因，”德米安·查普曼说道。
　　美国佐治亚州立大学的戈登·苏莱特(Gordon Schuett)是首位记录蛇类中兼性单性生殖的科学家，据他介绍，雌性之所以决定单独繁殖后代，可能是因为有性生殖活动消耗巨大。雌性需要忍受雄性之间的竞争和打斗，而找到理想配偶有时也很困难。
( j) G0 ~; N( Y) y　　另外一种观点认为，演化之外的某些东西在起作用。单性生殖可能是被一些外部因素所引发。如荷尔蒙，或者荷尔蒙失衡？或者甚至是致病体，如病毒或寄生虫的作用？有一种黄蜂，当被某种细菌感染时，就会出现无性生殖的行为。沃伦·布斯支持这种观点，他说：“我们在鸟类、蛇类和鲨鱼中都发现了这种行为，它们似乎是各自进行演化的，因此有其他什么因素在驱动着。”
　　戈登·苏莱特则没有那么肯定，他很难相信导致如此众多的物种出现同样行为的因素只有一个。不过，沃伦·布斯正致力于对多种生物，包括科摩多巨蜥、蟒、蚺和许多保存在实验室中的动物组织进行遗传学检测。他试图寻找出某个决定性的遗传特征，表明某种病毒或其他激发因素的存在。
　　如果无法发现这种激发因素，那可能就意味着，保留在不同物种中的单性生殖能力可以作为某种备用机制，在不利于有性生殖或有性生殖消耗过大的情况下被启用。
' S9 b, p* E; Z9 S4 [　　美国堪萨斯大学医学中心的彼得·鲍曼称，如果上述观点是真的，那随着野生动物数量的下降，我们或许将看到更多的单性生殖行为。科学家已经在等待发现森蚺——世界上最重的蛇——是否也会加入能够进行单性生殖的脊椎动物名单。
# |7 E$ G! {; {- ^4 c* F  D, I+ J　　“自然界中演化出这样的方式着实神奇。从适应性的角度来说，这确实增强了物种长时期生存的能力，因为它有了备用策略，”彼得·鲍曼说，“有性生殖最大的一个缺点，就是要求两个个体同时出现在一个地方，当种群密度非常低的时候，这就是个很大的问题。”从演化的角度来说，有性生殖依然是目前更为成功的繁殖方式，但彼得·鲍曼补充道：“显然两种机制各有优势。”
　　那么，哺乳动物呢？
　　最后一个谜题是，如果单性生殖比科学家估计的还要广泛存在，那么为什么包括人类在内的哺乳动物无法做到呢？
或许哺乳动物也是可以做到的。
　　目前还没有哺乳动物进行自然单性生殖的例子，无论是在圈养还是野生条件下。然而，在20世纪30年代的哈佛大学，一位名为格雷戈里·平卡斯(Gregory Pincus)的科学家开始对哺乳动物的生殖系统进行研究。他的工作使他成为了人类避孕药的发明者之一。
　　当时，他宣称在兔子身上引发了单性生殖，引发了不小的争议，因为其他科学家无法重复这一结果。几十年之后的2004年，有科学家报告称成功使一只基因工程小鼠出现了单性生殖的行为。这只小鼠的后代不仅活了下来，而且能够生育自己的后代。
* G4 }' i7 d2 [5 k* b; b　　科学家称，由于一些根本性的生物学特征，哺乳动物很难，甚至不可能自然地单性生殖出可存活的后代。不过，或许某一天，有一只哺乳动物会在某一个地方给我们一个惊喜。就像网纹蟒Thelma，以及其他那些蛇类、火鸡和鲨鱼一样，它会生下一个“奇迹”后代，从而对我们对生殖生物学的认知提出根本性的挑战。(任天)