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"把科学带回家。"
写作文笔七军
偷走了其他物种的精子,将5种染色体结合在自己体内,但世世代代都是女儿。今天要说的是地球上独一无二的生殖方式可爱的小动物:单性钝口人(unisexual Ambystoma)。
俄亥俄州立大学的研究员Rob Denton和一只单性钝蟒。照片来源:o
单性钝蝾螈发现于1934年,属于两栖蝾螈,也属于钝蝾螈属(Ambystoma)。和其他钝蝾螈一样,来自北美,常见于五大湖地区的小池塘。
单性钝蝾螈的长相很普通,很漫画。蝾螈一般长成“幼齿”,单性生硬的蝾螈也不例外。但是看起来像“嫩”的单性钝蟒活得相当长。他们能活到30多岁,每隔几年繁殖一次。
单声生硬。图片来源:sciencefriday
这种钝蟒长期被认为是多种杂交混血。但是在研究了他们的基因后,研究者才发现这些家伙并不容易。
事实上,他们的性别暗示着不正常。这只迟钝的蝾螈只有一个性别:雌性。
只能生女儿,但他们的繁殖不是单纯的克隆或通常意义上的无性繁殖。
其中一些单性迟钝的蝾螈的基因组和母亲一样,另一些则多了一条,甚至有更多的染色体。(威廉莎士比亚、哈姆雷特、家人)也就是说,单性钝口族中,有些是双体,有些是三倍体、四倍体,甚至五倍体中最常见的是三倍体。
有的四倍体单性钝球有三种染色体,绿色属于Ambystoma laterale,蓝色属于A. jeffersonianum,粉红色属于A. barbouri。图片来源:doi.org
原来,这些雌性在生下一代的时候,有时会混合着简单的复制贴纸(克隆)和其他物种的染色体。(莎士比亚)。
密歇根州立大学生物学研究员罗布登顿说,这种说法夸张得像是大猩猩和猩猩的染色体出现在看起来是人类混血的有机体上。
那么其他物种的染色体是如何产生的呢?在分析了他们的基因组后,研究者发现这种钝蟒至少偷走了5种不同种类的精子。而且偷偷做这件事,单性生硬的嘴巴至少工作了500万年,已经有500万年了。(莎士比亚)。
根据单性钝蟒,染色体数目不同,上下分别为三倍体、四倍体和双体。图片来源:doi.org
目前,全世界发现了100多种可以单性生殖的脊椎动物,但唯一能够在克隆和“醉酒”之间自由切换的。
钝蝾螈改变了我们对繁殖的认识。为了描述这种独特的生殖方式,研究者们创造了“道壁生殖”(kleptogenesis)一词。由于这种独特的繁殖方式,它们也被称为一星蝾螈。
单性迟钝的蝾螈(左)可以放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)。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。图片来源:doi.org
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。
单性钝口螈。图片来源:sciencefriday
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。
单性钝口螈。图片来源:sciencefriday
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。
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