“童貞生殖”這種獨特的無性生殖形式真的存在嗎?

北京時間1月5日消息,據國外媒體報道,繁殖是我們存在的精髓所在。我們說起繁殖時,最先想到的一般都是有性生殖,因為這是動植物最常見的繁殖形式。另外,細菌等生物還會進行無性繁殖,通過二分裂法形成子細胞。但除此之外還有一種生殖方式,既不屬於有性生殖,也不屬於無性繁殖。我們稱之為“童貞生殖”。

文獻中關於人類童貞生殖的第一個、也是唯一一個例子便是耶穌的出生。這個概念看似純屬虛構、如同民間傳說一般。但部分動物中的確存在這種現象。多年來,我們已經在不同動物身上觀察到了若干起童貞生殖的例子。

什麼是“童貞生殖”?

童貞生殖只是個通俗的說法,正式的學術名稱為“孤雌生殖”,指雌性生物在沒有精子的情況下、體內形成胚胎的過程。部分昆蟲、植物、鳥類和魚類可以通過孤雌生殖繁殖後代。

孤雌生殖是一種十分獨特的無性生殖形式。在無性生殖過程中,體細胞會通過有絲分裂形成一個新細胞。而要想進行孤雌生殖,則必須形成卵子。換句話說,孤雌生殖是一種不完整的有性生殖。

雌雄同體有時會與孤雌生殖混為一談。雌雄同體指生物同時擁有雌雄兩套性器官,因此部分雌雄同體生物可以實現自我授精。但自我授精需要雌雄配子的結合,這點與孤雌生殖不同。

發生機制

有性生殖過程

有性生殖過程

首先讓我們了解一下繁殖的基礎。要想通過有性生殖產生後代,必須集齊兩大“原料”:精細胞和卵細胞。二者均為單倍體,意味着每個細胞各含有產生新個體所需遺傳信息的一半。

卵巢每次通過減數分裂產生四個子細胞,其中一個為成熟的單倍體卵細胞(即卵子),其餘三個叫做極體。精子使卵子受精后,便會形成胚胎。然而,在進行孤雌生殖時,生物體卻會通過一些新方法來替代本該由精子提供的基因。

孤雌生殖類型

孤雌生殖的發生方式有兩種:無融合生殖和自融合生殖。

發生無融合孤雌生殖時,未受精的卵子通過有絲分裂產生後代。通過無融合孤雌生殖產生的後代一般與母代完全相同,幾乎像克隆一樣。這種現象在輪蟲和大多數節肢動物等無脊椎動物中比較常見。

存在孤雌生殖現象的部分物種

存在孤雌生殖現象的部分物種

發生自融合孤雌生殖時,卵子會與極體結合,恢復二倍體狀態,意味着此時細胞重新擁有了兩套染色體。通過這一過程產生的後代相當於“半克隆”,與母體十分相似,但又並非完全相同。這種現象在植物和鯊魚中比較多見。

孤雌生殖生物的種類

採用這種繁殖方式的物種要麼為完全性孤雌生殖、要麼為選擇性孤雌生殖。部分爬行類物種(比如蛇類)只能靠無性途徑產生後代,屬於完全性孤雌生殖;而蜜蜂的卵子則既可以受精、又可以通過孤雌生殖進一步發育,屬於選擇性孤雌生殖。

蚜蟲和吸蟲則會交替使用孤雌生殖和有性生殖,這種現象叫做周期性孤雌生殖。

為何有些動物會通過孤雌生殖繁殖後代?

有些動物不一定是因為物種中缺少雄性才會付諸於孤雌生殖。一項近期研究就在一隻加利福尼亞禿鷲身上發現了這種現象,而該物種中是存在雄性的。

孤雌生殖在鳥類中比較罕見,大多發生在與雄性分開飼養的家養火雞和母雞中。但在此次研究中,這隻禿鷲所屬種族中的雌性是可以接觸到具有生育能力的雄性禿鷲的,卻還是發生了孤雌生殖的現象。科學家已經發現了兩隻加利福尼亞禿鷲產下了不含雄性DNA的後代,所有遺傳信息都來自於母方。

蚜蟲的孤雌生殖過程

蚜蟲的孤雌生殖過程

另一方面,還有一條人工飼養的水蛇在八年不曾接觸雄性同類的情況下生下了後代。它的身體也許決定了由自己來“掌握大局”,通過孤雌生殖進行繁育。

雖然這條蛇寶寶最終夭折了,但它的出現證偽了一項理論。該理論聲稱,雌性動物有在體內儲存精子的能力,因此即使遠離雄性同類,也可以藉助孤雌生殖生育後代。但在此例中,這條水蛇已經多年不曾接觸過任何雄性水蛇,精子在其體內根本不可能儲存那麼久。

人類有可能進行孤雌生殖嗎?

大多數藉助人工孤雌生殖創造的哺乳動物胚胎都在妊娠期“胎死腹中”。一項在哺乳動物(小鼠)身上開展的實驗顯示,卵子要想成功發育成胚胎,來自父方的“貢獻”至關重要。因為哺乳動物胚胎來自父方與母方的遺傳物質必須正確結合,才能存活下來。

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精細胞和卵細胞都有獨特的基因印記,即特定基因在精子中不表達,只在卵子中表達,反之亦然。有30個基因印記僅在由精子提供時才會表達;同理,還有另外30個基因印記只有由母方提供時才會表達。由於缺少來自父方的基因印記,哺乳動物無法實現孤雌生殖。

就算人類可以實現孤雌生殖,也只能生下女兒,因為女性體內不含Y染色體,自然無法將Y染色體傳下去、產生男性後代。

結論

當某個物種種群數量銳減、或雌性接觸不到具有生育能力的雄性時,孤雌生殖便是該物種存活下去的唯一希望。因此就前文提到的禿鷲來說,孤雌生殖也許只是一種自然進程而已。

科學家尚不確定這種“童貞生殖”現象的起源是什麼,也不清楚有多少物種能夠展現這一自然“奇迹”。顯然,孤雌生殖還有很多謎團等待我們發掘。(葉子)

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