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偷了5种不同精子,却只生女儿,这是地球上独一无二的生娃技巧

偷取其他物种的精子,将五个不同物种的染色体组合在自己的体内,却代代都是女儿。今天要讲的,就是具有地球上独一无二生殖方式的可爱小动物:单性钝口螈(unisexual Ambystoma)。

俄亥俄州立大学的研究者Rob Denton和一只单性钝口螈丨图片来源:osu.edu

单性钝口螈是在1934年被发现的,它们属于两栖动物蝾螈,而且是钝口螈属(Ambystoma)的。和其他钝口螈一样,它们来自北美,在五大湖地区的小池塘里很常见。

单性钝口螈的长相很普通,也十分卡通。蝾螈普遍长得“幼齿”,单性钝口螈也不例外。不过,貌似“年下”的单性钝口螈相当长寿,它们可以活到30多岁,每隔几年繁殖一次。

单性钝口螈丨图片来源:sciencefriday

这类钝口螈长久以来被认为是一种多物种的杂交混血儿。但是在对它们的基因进行研究后,研究者们才意识到这些家伙很不简单。

实际上它们的性别就在提示异常了。这种钝口螈只有一个性别:雌性。

虽然只能生女儿,但它们的繁殖并不是简单的克隆,或者说通常意义上的无性生殖。

其中一些单性钝口螈的基因组和母亲一摸一样,另一些则多出一份,甚至更多份染色体。也就是说,单性钝口螈中的一些是双倍体、一些是三倍体、四倍体,甚至五倍体,其中最常见的是三倍体。

某只四倍体单性钝口螈有来自3个不同物种的染色体,绿色属于Ambystoma laterale,蓝色属于A. jeffersonianum,粉色属于A. barbouri。丨图片来源:doi.org/10.1038/hdy.2009.83

原来,这些雌性钝口螈在生育下一代时,有时就是简单的复制黏贴(克隆),有时则掺和了一些其他物种的染色体进去。

密歇根州立大学的生物学研究者Rob Denton说,这就好比一个看起来是人类混血儿的生物体内里出现了大猩猩和红毛猩猩的染色体那样夸张。

那么,其他物种的染色体是怎么来的呢?在对它们的基因组进行分析后研究者们发现,这类钝口螈偷了至少5个不同物种蝾螈的精子。而且偷偷取精这件事,单性钝口螈已经干了至少5百万年。

不同单性钝口螈的染色体数量不同,上中下分别是三倍体、四倍体和双倍体。丨图片来源:doi.org/10.1038/hdy.2009.83

目前全世界共发现了一百来种可以单性生殖的脊椎动物,但是能在克隆和“取精”之间随意切换的,它是独一份了。

钝口螈改变了我们对繁殖的认知。为了描述这种独特的生殖方式,研究者们创造了盗癖生殖(kleptogenesis)这个词汇。由于这种独特的繁殖方式,它们也被称为单性蝾螈。

单性钝口螈(左)可以将5个不同物种的钝口螈(右)的染色体植入自己的基因组中。图片来源:sciencefriday

可是,单性钝口螈是如何“取精”的呢?

这就要从钝口螈的“佛系”生殖习惯说起了。

钝口螈没有复杂的求偶仪式,雌雄结合的过程非常“随缘”。

雄性钝口螈想要孩子的时候,就会把精子存放到一种像钱包一样的小夹子里,这种小钱包叫做精子荚(spermatophores)。接着,雄性会把精子“钱包”丢在水塘附近的树枝和叶子上,任由过路的雌性过来捡。

钝口螈的精子荚(spermatophores)丨图片来源:wikimedia

“有缘”的雌性恰好路过捡到这些子孙“钱包”的话,就会怀孕,然后产卵。有点像女儿国子母河有没有?

有趣的是,单性钝口螈和这些“正常” 钝口螈住在同一个池塘里,它们也有蹭精子“钱包”的习惯,因为没有精子“钱包”的话,它们就无法产卵。

这4种不同蝾螈的精子都可以被单性蝾螈拿来用丨图片来源:doi.org/10.1139/G06-152

偷走其他物种的精子后,单性钝口螈就可以“生女育女”了。可是到目前为止,研究者们并不知道单性钝口螈是怎么把不同物种的染色体收编的。

考虑到大多数动物都实行有性生殖,这种单性生殖究竟有什么好处呢?

单性生殖的最大优点就是高效。

要知道,生育雄性是有代价的,因为雄性不会直接生产后代。只生雌性的话,就可以把生雄性的资源和能量节省下来,全部用于造后代,这样有利于种群的扩张。

由于“清空”了雄性,在存在单性钝口螈的小池塘里,单性钝口螈的数量一般占有优势。东密歇根大学的研究者Katy Greenwald和同事发现,单性钝口螈的种群扩张速度是有性生殖钝口螈的2倍。在一些池塘里,90%的钝口螈都是单性的。

可是,如果一直无性生殖,有害突变就可能代代累积,最终种群灭亡。这也是为什么,大多数无性生殖的生物撑不了10万年,无性生殖的劣势会让它们很快走向灭绝。这么一对比,单性钝口螈五百万年的演化史就显得很特别了。

实际上,单性钝口螈是已知最古老的单性生殖脊椎动物。

单性钝口螈之所以能摆脱纯无性生殖的劣势,就是因为它们能用其他物种的精子来给自己的DNA打个补丁。

俄亥俄州立大学的研究者在2018年发表在Evolution上的一项研究发现,在这种单性钝口螈的演化史中,精子携带的外来基因会被规律地植入它们自己的基因组中。而在最近一段时期,单性钝口螈的基因组里植入了更多来自其他物种的基因。

研究者们猜测,时不时拿别人的精子来“续”一下,就可以同时享有无性生殖的效率和有性生殖的安全。而因为这种独特的策略,单性钝口螈断肢重生的速度也是需要有性生殖的钝口螈的1.5倍。

可是,单性钝口螈的生存之道必定有什么缺陷吧,不然大家都会采用这种方法了不是吗?

确实如此。单性钝口螈最大的生存劣势就是,它们必须“寄生”在其他物种的栖息地内才能存续。因为其他钝口螈若被清零,它们就无精可取,最终将会陷入和纯无性生殖一样的困境。换言之,单性钝口螈的存在前提就是有性生殖。

此外,单性钝口螈胚胎的死亡率更高,而且它们超级“宅”,爬行速度和耐力都比有性生殖的差多了。不爱运动让它们很难走出目前的“舒适区”,也很难适应变化的环境。这可能就是它们只在五大湖地区出现的原因吧。

妈我是怎么来的?

有一次我出门被一堆白色垃圾绊了一下,就有了你……

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