2018年,在哥斯达黎加共和国的一个动物园中,一只独自生活了16年的雌性鳄鱼突然生产了16枚卵。
未交配的鳄鱼通常不会产卵,而更有意思的是16枚卵中有7枚似乎还是可以孵化的。
这件事情引起了专家的注意,他们将那7枚有机会孵化的卵进行了人工孵化,最后得到一个完全成形的鳄鱼后代,不过这条唯一孵化的鳄鱼最后也没有存活下来。
这条“未婚先孕”的鳄鱼叫做 Coquita,后面经过DNA对比,孵化的那条鳄鱼的基因与 Coquita的匹配度达到99.9%,这可以确定这条鳄鱼确实在没有雄性基因参与的情况下完成了生育。
这种雌性自己就能够生育的情况被称为孤雌生殖。
在动物界,孤雌生殖还是挺普遍的,但通常都是无脊椎动物,脊椎动物比较罕见,而鳄鱼则是第一次确定它们也存在孤雌生殖的能力,相关研究直到今年6月份才研究发表在《生物学快报》杂志上。
研究人员还给出了一个比较有趣的推测,他们认为翼龙和恐龙或许也存在孤雌生殖的能力,并以此调侃电影《侏罗纪公园》的相关设定(只培育雌性恐龙来抑制恐龙发展)。
图源:微博@RAX博士
之所以会这么认为,是因为从鳄鱼到恐龙,再到鸟类,其实都属于一个被称为主龙类的古老谱系,而到目前为止,已确定存在孤雌生殖的80多种脊椎动物中,鸟类也是名单中的常客。
主龙类是整个蜥形纲中演化程度最高的群体,但现在只剩下鳄鱼和鸟了,其中鳄鱼是最古老的主龙类,而鸟类是最年轻的,恐龙正好是中间形态。
当首尾都有孤雌生殖案例的时候,有理由相信恐龙也存在孤雌生殖的能力,或许这就是主龙类的古老特征。
但是,很多人可能会好奇,这些有性生殖的动物是如何完成孤雌生殖的,孤雌生殖的意义又是什么,它们会产生雄性后代吗?
其实孤雌生殖比我们想象得要有趣许多,也复杂许多。
孤雌生殖的动物会产生雄性后代吗?
我们知道,有性生殖涉及两种成分:卵细胞和精细胞。每个生殖细胞,都提供了创造生物体所需的一半遗传信息。
但在孤雌生殖中,这些动物找到了一种独特的方式来填补通常由精细胞提供的基因。
有些进行孤雌生殖的动物,其雌性的卵巢同样也会进行减数分裂,但是他们产生卵细胞的同时还会产生一种“副产品”——称为极体的较小细胞。
孤雌生殖和有性生殖
在其中一种孤雌生殖的方式——称为自体混合的孤雌生殖中,动物可以将极体与卵融合以产生后代。
孤雌生殖的另外一种常见方式被称为无融合生殖,这种模式下,生殖细胞不会进行减数分裂,而是直接进行有丝分裂,并逐渐分化成其他细胞。
很明显,无融合的情况只是在复制自己,它是相对“低端”的孤雌生殖方式,它的后代不会出现雄性,不过这种方式在植物中比较常见,动物则更喜欢使用第一种方式(自体混合)。
对于自体混合来说,它其实并不是完全的复制,减数分裂的过程让它的基因会出现相应的偏差,同时后代的性别也变得更加有趣。
这种孤雌生殖方式产生的后代性别取决于物种的性别决定系统,对于XY性别决定系统的动物来说,孤雌生殖产生的后代只有XX,所以通常也不会出现雄性。
但在极少数情况下,比如蚜虫等动物可以产生具有生育能力的雄性后代,除了缺乏第二条X染色体外,这些后代在基因上与母亲相同,由于它们只能产生含有 X染色体的精细胞,因此它们的所有后代都将是雌性。
众所周知,性别决定系统不是只有XY,还有ZW——比如鸟类就喜欢用这种系统,而鸟类可能天生具有孤雌生殖的能力(许多被发现的孤雌生殖案例就是鸟类)。
ZW的系统和XY正好相反,其雌性拥有两条不同的性染色体(ZW),所以在孤雌生殖的时候它有能力创造三种不同的后代,分别是雌性ZW和雄性ZZ,以及另外一种奇怪的WW——这种情况通常无法存活,但是在一种蟒蛇除外,其WW后代表现有雌性。
为什么动物会进行孤雌生殖?
总得来说,孤雌生殖并不是只会得到雌性,至于这种生殖方式对于动物来说有何意义,其实很简单,它和所有类型无性生殖的优势是一样的——可以大大降低生殖成本,这样在适合的环境下可以迅速爆发。
但是,无性生殖也有它的缺点,那就是子代完全继承了亲代的基因,这让他们无法适应和扩张到更多新环境。
你会发现,大部分(几乎所有)能够进行无性生殖的动物,它们的体型都比较小,这些动物的生存相对来说会更加困难,自然没法为繁殖投入更多资源,不去寻找伴侣就能繁殖是不错的选择。
脊椎动物有着绝对的生存优势,这是脊椎动物不常使用无性生殖的原因所在,脊椎动物更喜欢那种高投资的有性生殖。
除了可以摒除无性生殖的缺点外,有性生殖其实也有着动物难以拒绝的回报或者优点,它可以让后代出现更多的遗传变异,从而适应更多新环境,同时还可以隐藏掉种群中的一些致密疾病,这些都是适合种群发展的优势,或者说对基因传递有利。
所以,即便像主龙类这种古老的谱系可能依然保留了孤雌生殖的能力,但他们也几乎不用,只有逼不得已时才会使用,那就是在环境恶劣,无法为生殖投入太多时,它们通过孤雌生殖来传递基因。
也正因为如此,大部分孤雌生殖的脊椎动物都是生存在沙漠和岛屿的物种,生存本身不易,这是它们为了繁殖或者说传递基因最后的努力。
其实圈养的环境也是因为难以支付生殖成本了,它们完全找不到伴侣,所以前文提到的那条鳄鱼激发出原始潜能。
女儿国并不存在?
很多人可能还会好奇,人类或者哺乳动物是否有这样的能力。
由于我们是XY性别决定系统,如果我们拥有这样的能力的话,这意味着“女儿国”是可能的。
但事实是,所有哺乳动物都无法在自然情况下完成孤雌生殖,因为哺乳动物的繁殖依赖于一种称为基因组印记的过程,只有出现一些特定的来自父亲的基因时,某些关键基因才会激活。
如果只有单亲,无论雌雄,它都无法激活所有关键基因,从而不可能产生可存活的后代。
不过,现在已经有几种哺乳动物通过实验诱导完成了孤雌生殖,如果女儿国存在的话,那必须要有高度发展的科技做支持。