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单性生殖可能吗答案是肯定的只要你不是

发布时间:2019-03-28 20:36:08

导言:不同于哺乳动物,孤雌生殖或单性生殖在一些爬行动物和鱼类中是可能的,因为它们的生殖细胞不受到基因印迹的影响。

关键词:单性生殖,基因印迹,孤雌生殖

在圣诞节讨论单性生殖(或处女生育)是否在生物学上有可能性,似乎恰到好处。你也许会很吃惊,因为答案是肯定的,不过这一答案不适用于人类或其他哺乳动物。

在小鼠和其他哺乳动物上的实验表明一个卵子必须被一个精子受精才能触发该物种的发育,单纯地用化学物质或电流刺激哺乳动物的卵子并不能触发其正常分裂。

这就意味着需要精子中特别的蛋白来开启卵子中的钙离子波,从而促使DNA和染色体的复制,并分裂到两个子细胞中。

但是你需要的不只是由精子提供的一个蛋白触发器,你还需要受精卵中染色体的两个拷贝,通常其中一个由母亲提供(在卵细胞核中),另一个由父亲提供(在精子细胞核中)。

你可以设计一个包含同一性别的两个细胞核的小鼠卵子,然而这并没有什么卵用。拥有两个母系细胞核的卵子虽然勉强能形成一个胚胎,但是这个胚胎会由于缺少胎盘发育而干瘪;如果两个细胞核都来自父系则会出现相反的问题:胎盘很多但是几乎没有胚胎发育。

但是为什么不行呢?

原因是有30多个印迹基因只有在来自父亲的精子时才有活性,另外30多个只有在来自母亲的情况下才有活性,所以基因印迹阻止了包括人类在内的哺乳动物的单性生殖。

基因印迹(Genomic imprinting)是基因的不同活动,取决于基因来自父母哪方。基因印迹于90年代被发现,其机制在过去十年才被研究清楚。看来非活跃状态的基因并不是突变了,而是受DNA上的化学基团的影响而未得到表达。这些化学基团被置于睾丸或卵巢的基因中,

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并在胚胎生长的过程中被移除。

在基因工程的小鼠中,倘若某个关键基因的印迹过程被破坏,即可导致可发育的胚胎成为拥有两个“母亲”的胚胎,这表明基因沉默破坏了单性生殖的胚胎。

但是为什么基因印迹会发展至今仍然是个谜。因为它避免了单性生殖所以被留下?还是父母基因大战的结果?很多印迹基因的功能都暗示了这种“性别对抗”。

通常来自父亲的活性基因直接或间接地促进生长,而来自母亲的活性基因则抑制生长。有人认为父亲的基因利益通过生育强壮的孩子得到满足,无论这对母亲的代价是多少(总能找到其他女性来交配);母亲的基因利益则通过限制对她的健康和能量的需求来满足,这样她才能幸存下来生育更多的孩子。

其他动物中的单性生殖

但是如果你是爬行动物或鱼,单性生殖是可能的。例如,人们发现蟒蛇和长期孤立的雌性科莫多龙(Komodo dragon)生育的后代中只有来自母亲的基因。如今人们还发现,许多蛇类以及少数鲨鱼种类也可以进行单性生殖。周围没有雄性的时候这倒挺方便!

实际上,一些蜥蜴是只有雌性的。一些长尾鳕和美国西南干旱地区及澳大利亚干热的内陆地区的壁虎中的雌性,其未受精的卵子也可能能完全地发育成女儿。

这个过程叫做孤雌生殖(字面上的意思真是“处女制造”),能实践这个过程的动物(蛇、鲨鱼和蜥蜴)不需要担心基因印迹,因为它不会发生在卵生动物身上。

爬行动物能通过几种方式来完成孤雌生殖。雌性能通过将一个卵细胞与另一个包含整套染色体的细胞融合,或通过使卵子经过一种不同的分裂方式形成两套基因组,制造含有正常数目染色体的卵细胞。

这并不完全是克隆,因为母亲的基因拷贝被打乱了,但是子代中的所有基因确实都来自母亲。

为什么要交配?

爬行动物中孤雌生殖的现象造成了一个迷惑:那么交配的目的是什么呢?如果你的后代只接受到来自你的基因,你的基因在进化的竞争中不是更有优势吗?“交配的双重代价”在这个领域中已经被争论了80年。

交配似乎远比不上孤雌生殖效率高,但是它更有趣。图片来源:Shutterstock

答案似乎是:虽然孤雌生殖在短期内很有效,但是终究它还是会逐渐被淘汰,因为每一代都重组两个基因是打乱病原体蛋白整合的一个好办法。

倘若一个病原体能感染一个个体,必然也能感染其他具有相同基因的个体,所以有很多克隆出来的个体是没有意义的。比如只存在雌性的澳大利亚壁虎就非常容易受到螨虫感染。

答案是肯定的,单性生殖是可能的,但前提是你不是哺乳动物。

作者简介:Jenny Graves,拉筹伯大学遗传学特聘教授。美国红十字会(ARC)和澳大利亚国家卫生和医学研究委员会(NHMRC)皆对其提供了基金支持,以赞助其在动物性学和遗传学方面进行的多项研究。

(翻译:郭晓;审校:海带丝)

原文链接[科学美国人博客]:

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