印度尼西亚的巨蜥无需雄性伴侣的帮助即可繁殖。上周,研究人员在《自然》杂志上报告说,欧洲仅有的两条性成熟的雌性科莫多巨蜥在没有雄性授精的情况下产下了可存活的卵。一条名叫弗洛拉的科莫多巨蜥生活在英国切斯特动物园,从未与雄性一起饲养;但几个月前,她产下了 11 枚卵,其中 8 枚似乎发育正常,最早可能在 1 月份孵化。今年早些时候,伦敦动物园一条现已去世的雌性巨蜥名叫松盖,产下了 22 枚卵,其中 4 枚孵化出正常的雄性巨蜥——尽管松盖两年半没有约会了。
一些爬行动物可以将精子保存数年,因此最初研究人员认为松盖的卵有一个父亲。但基因分析排除了这种可能性,除非父亲在基因上与她完全相同。(松盖后来确实与雄性交配并产下了正常受精的卵,所以不要认为她是处女去世。)
这些“处女分娩”引起了人们的关注,因为这种无性繁殖方法,称为孤雌生殖,在脊椎动物中很少见:只有大约 70 种脊椎动物可以做到(约占所有脊椎动物的 0.1%)。生物学家知道一些蜥蜴可以进行孤雌生殖,但尽管如此,在科莫多巨蜥中看到它仍然让动物园管理员感到惊讶。
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尽管只有母亲,但后代并不是克隆。那是因为未受精的卵只有母亲一半的基因。精子应该提供另一半。在孤雌生殖中,母亲的一半染色体加倍以产生完整的染色体。因此,后代的所有基因都来自母亲,但它们不是她的基因组的副本。
科莫多的性别决定也有一个奇怪的转折。虽然我们认为雌性是 XX(即具有两个 X 染色体)而雄性是 XY,但在这些巨型巨蜥中,情况恰恰相反。两个相同的性染色体构成一只雄性科莫多巨蜥,而两个不同的性染色体构成一只雌性。生物学家将科莫多的性染色体标记为 W 和 Z,因此 ZZ 构成雄性,WZ 构成雌性。鸟类、一些昆虫和少数其他蜥蜴物种也依赖这种性别决定系统。(一些爬行动物——尤其是鳄鱼和海龟——的胚胎没有任何性染色体;相反,孵化温度决定了它们的性别。)
在科莫多雌性中,每个卵包含 W 或 Z。因此,孤雌生殖导致胚胎要么是 WW,要么是 ZZ。由 WW 材料组成的卵是不可存活的并会死亡(就像 YY 不是可存活的组合一样);相反,ZZ 可以起作用。因此,所有科莫多幼崽过去是并且将来也都是雄性 (ZZ)。
显然,在这些科莫多的案例中,卵基因的加倍发生在本质上是另一个卵而不是精子完成了受精工作时。卵子发生,即制造卵细胞的生物学过程,通常还会产生极体——一种迷你卵子,包含卵 DNA 的重复副本。通常,这个极体会萎缩并消失。然而,在科莫多的案例中,极体显然充当了精子并将卵变成了胚胎。
有性生殖和孤雌生殖的能力可能源于科莫多巨蜥与世隔绝的自然栖息地,它生活在印度尼西亚群岛的岛屿上。研究人员已经看到其他物种在被隔离时会采取孤雌生殖,例如亚速尔群岛的豆娘。研究人员推测,这种能力可能使巨蜥能够在雌性发现自己被暴风雨冲到邻近的海岸时建立新的种群。
高中生物课本往往会忽略孤雌生殖,通常认为该过程很少见,而且主要局限于小型无脊椎动物。但近年来,这种现象已经从幕后走向前台,主要是作为科学工具。一些科学家希望利用这种现象来规避围绕胚胎干细胞研究的伦理问题。他们可以通过刺破未受精的人类卵子来欺骗它进行分裂,从而模拟精子的穿透。这种被欺骗的卵子会继续分裂到 50 到 100 个细胞的囊胚阶段,然后自然衰竭。
原则上,有可能保持该细胞分裂。2004 年,作为阐明受精卵如何发育的细节的一种手段,日本科学家进行了一些基因技巧,创造了一只无父小鼠。这种发育过程可能不会发生在两千年前的伯利恒小镇——将“年轻女孩或女仆”误译为“处女”可以更好地解释这个故事。但正如科莫多巨蜥惊人的孤雌生殖壮举所表明的那样,大自然有很多东西可以教我们如何在没有伴侣的情况下生存。