在加利福尼亚州中部各处的灌木丛和树木中躲藏着某些无翅、棍状的昆虫,它们不需要雄性:Timema属中的这些昆虫几乎全是雌性,并且通过创造自身的基因克隆进行无性繁殖,这个过程称为孤雌生殖。
但是昆虫学家偶尔会偶然发现雄性Timema昆虫,它们似乎没有繁殖功能。“我们最初假设雄性只是错误,因为单个X染色体的丢失可能导致卵发育成雄性,”生态学家苏珊娜·弗雷塔斯说,她在瑞士洛桑大学工作期间领导了这项研究。
弗雷塔斯和她的团队发现,罕见的雄性可能会与雌性进行不频繁的交配。这种“隐秘性行为”将遗传多样性引入䗛虫种群,并可能有助于它们的长期生存。该团队的基因分析最近发表在《英国皇家学会B辑:生物科学》上。
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孤雌生殖(意为“处女分娩”)在无脊椎动物中很常见,甚至发生在某些种类的鸟类、蜥蜴和蛇类中。对于某些动物来说,当交配选择有限时,这是一种最后的手段;对于另一些动物来说,这是它们唯一的繁殖方法。但是,通过克隆创造后代会导致遗传多样性降低,使种群容易受到有害突变的影响,并限制其适应环境变化的能力。
为了检查䗛虫的遗传多样性,研究人员从四个物种的八个Timema种群中的雌性和稀有雄性中提取了DNA。然后,他们追踪了每只昆虫中各种遗传标记的位置。这些标记在无性繁殖期间保持在染色体上,但在有性繁殖期间会与另一个个体的基因重新组合。
大多数后代的基因在遗传上与它们的雌性父母相似。但是,两个Timema物种的后代表现出更大的遗传多样性和更少的连锁基因,表明存在隐秘的性关系。具有启发意义的是,罕见雄性的基因谱与罕见性行为所预期的结果相符。
莫斯科斯科尔科沃科学技术研究院的进化生物学家奥尔加·瓦赫鲁舍娃说,这一发现“加强了这样一种假设,即许多以前被认为远古无性的物种实际上参与有性繁殖或其他形式的基因交流”,她没有参与这项新工作。
剑桥大学的作物科学家亚历克西斯·L·斯珀林说,这些罕见的相互作用,也已知发生在小型甲壳类动物和水生无脊椎动物中,“可能有助于消除任何有害突变”,她也没有参与这项新研究。她指出,许多农业害虫,如蚜虫、黄蜂和苍蝇,都是无性繁殖的。斯珀林建议,隐秘性行为或类似的策略可能有助于这些害虫茁壮成长——“但我们需要更多的研究来确定。”