2021年11月09日 10:17
【科學快訊】
動物界中的「孤雌生殖」，可能比我們預想的要常見得多。
來源 The Atlantic、Slate等
編譯 武大可 魏瀟
編輯 魏瀟
如果你像加州神鷲（California condor）一樣是瀕臨滅絕的物種，性生活就會變成一件高度公開的事情。這種北美地區體型最大的鳥類在 1983 年僅存 22 只，自那時起被生物學家們小心翼翼地人工飼養。它們之中誰跟誰交配，產下了多少後代，以及後代何時被放生野外，都被生物學家們一一追蹤，記錄在了這種動物的官方「血統證書」上。
因此，當科學家幾年前在常規 DNA 測試中發現有兩只加州神鷲擁有出乎意料的血統傳承時，他們著實大吃了一驚。這兩只加州神鷲在血統登記薄中的編號為 SB260 和 SB517，與任何有記錄的加州神鷲父親都沒有親子關系。實際上，它們根本沒有父親——這兩只加州神鷲 100% 的 DNA 都來自各自的母親。「我們遇到了一個無法理解的數據集。」美國聖迭戈動物園野生動物聯盟（San Diego Zoo Wildlife Alliance）的保護遺傳學家 Oliver Ryder 說。
聖迭戈動物園中的加州神鷲
唯一說得通的解釋是：這兩只加州神鷲是在沒有精子的情況下由卵子發育而來的。這種現象被稱為孤雌生殖（parthenogenesis），俗稱「處女生育」（virgin birth）。（這兩只加州神鷲的媽媽其實不是「處女」。它們此前曾與雄鳥交配產下過雛鳥——就像開頭說的，如果你是加州神鷲，就沒什麼性生活上的隱私可言了。）科學家已經對一些其他生物的孤雌生殖有所研究，如火雞和雞。人工飼養和野外環境下，蛇、蜥蜴、鯊魚、鰩魚和硬骨魚的孤雌生殖也都有記錄。這其中很多都是偶然發現，而所有這些偶然讓科學家們開始懷疑孤雌生殖是否真的如預想一樣罕見。
被忽視的「秘密」
Ryder 和他的同事多年來一直在使用 DNA 標記來管理加州神鷲繁育項目，這能幫助它們減少近親繁殖。在人工繁育的幼鳥被放歸野外後，團隊還會追蹤至懸崖峭壁之下，研究它們的親緣關系。在這個項目中，生物學家們最終收集到了 900 多只加州神鷲的血液、蛋殼膜、羽毛和組織樣本。幾年前，他們決定對所有樣本的 DNA 進行分析，SB260 和 SB517 擁有的反常血統隨之浮出水面。
不幸的是，在科學家們意識到它們在基因上獨一無二的時候，這兩只加州神鷲都已經死了，因此無法再研究這種反常血統對它們的影響。這兩只加州神鷲在活著的時候並沒有什麼引人注目之處，動物管理員甚至覺得沒必要做一次專門的屍檢。「對照料它們的人來說，這不過是只平平無奇的美洲鷲罷了。」 Ryder 說。
不過這兩只鳥確實有一些健康問題記錄在案。SB260 是 2001 年在聖迭戈野生動物園（San Diego Zoo Safari Park）出生的雄鳥，在放歸野外兩年後死亡——它個子一直很小，沒有很好地融入野生鳥群；SB517 是 2009 年在美國洛杉磯動物園（Los Angeles Zoo）出生的雄鳥，脊柱彎曲，行走困難。它沒能被放歸野外，大約八歲時死在了動物園裏，但加州神鷲通常能活數十年。「可以斷言，它們肯定不能代表加州神鷲的普遍情況，」美國莫特海洋實驗室與水族館（Mote Marine Laboratory and Aquarium）研究孤雌生殖的生物學家 Mote Marine 說。這類現象在孤雌生殖動物中並不罕見。
沒人能斷言這兩只雄性加州神鷲的健康問題是孤雌生殖導致的，但科學家們的確在其他存在孤雌生殖現象的物種中發現了相似之處。美國密西西比州立大學（Mississippi State University）的家禽科學家 Reshma Ramachandran 舉例說，火雞中孤雌生殖產生的雄性個體往往體型較小，精液質量較差。美國塔爾薩大學（University of Tulsa）的生物學家 Warren Booth 則發現孤雌生殖的蝮蛇個體也存在與 SB517 類似的變化：脊椎短小、發育不良，顱骨畸形。
Booth 說，加州神鷲孤雌生殖的酷炫之處在於，「它們能夠孵化出存活的後代，而且雛鳥能夠生長發育到相當成熟的水平。」 Booth 沒有參與加州神鷲的研究，但他是這篇發表在《遺傳雜志》（Journal of Heredity）上的論文的編輯。
比想象中常見
科學家在越來越多的脊椎動物中發現了孤雌生殖，這讓他們認為這並非死路一條，而是在特定條件下頗具適應性。Booth 已經能夠讓蟒蛇科的兩個亞科物種——蚺（卵胎生）和蟒（卵生）通過孤雌生殖產生雌性子代，並且這些子代能與其他雄性正常繁殖。在野外，孤雌生殖可以幫助這些爬行動物從嚴重的種群數量折損中恢複。
在已被廣泛研究的孤雌生殖物種中，孤雌生殖的過程在卵子本身產生後不久就開始了。當卵原細胞一分為二，其一形成卵細胞時，另一個細胞會成為包含了幾乎完全相同 DNA 副本的極體。極體通常會分解，但對其他鳥類的研究表明，極體有時會以某種方式再次與卵子結合，類似於精子使卵子受精。鳥類的染色體系統（ZZ 產生雄性，ZW 產生雌性）會使孤雌生殖必定產下雄性。如果帶有 W 染色體的卵子與極體合並，產生的 WW 胚胎將無法存活。只有 ZZ 胚胎才有可能孵化。
科莫多巨蜥也是一種具備孤雌生殖能力的爬行動物。
但這仍無法解釋為什麼有些雌性會發生孤雌生殖，另一些卻不會。由於存在利益關聯，孤雌生殖是家禽產業廣泛研究的一項課題。他們發現火雞和雞的孤雌生殖受到許多因素影響。Ramachandran 說，遺傳是其中之一。不同家禽品種的孤雌生殖率差別顯著：普利茅斯石壩雞（Barred Plymouth Rock chickens）為 0.16%，商品火雞為 3%，貝爾茨維爾小種白火雞（Beltsville small white turkeys）為 16.9%。家禽科學家還成功進行了選育，將貝爾茨維爾小種白火雞的孤雌生殖率增加了三倍多，培育五代後達到了 41.5%。除此以外，環境因素如高溫或活病毒感染，似乎也能引發家禽的孤雌生殖。
說回加州神鷲，生物學家正試圖深入了解 SB260 和 SB517。他們正在對這兩只加州神鷲的全基因組進行測序，也計劃對另外數百只加州神鷲進行測序（目前研究利用的 DNA 分析依賴於 21 個 DNA 標記物，而非完整基因組）。Ryder 表示，他希望利用更完整的遺傳信息來了解產生的突變，並以此指導加州神鷲繁育計劃。目前，美國加州神鷲的數量已從最初的 22 只增加到如今的 500 多只，但這個物種仍處於極度瀕危的狀態，需要盡可能多的幫助。
可能會有人想問：這種能力是否會出現在哺乳動物乃至人類身上？科學家們目前能給出的答案不怎麼積極：不太可能。人類用來標記父系或母系基因組的遺傳學調控更多也更複雜。而且雄性需要為胚胎發育中胎盤的產生提供遺傳信息，這類貢獻在正常的胚胎發育中不可或缺，「孤雌生殖只會給人類帶來腫瘤」。
