作者:自然杂志的布莱恩·斯维泰克
通常需要两条蛇——一条雌蛇和一条雄蛇——才能产下一窝幼小的铜头蛇。但现在的研究表明,铜头蛇(Agkistrodon contortrix)及其毒蛇表亲棉口蛇(Agkistrodon piscivorus)并非总是需要伴侣才能繁衍后代。这些蝰蛇具有处女繁殖的能力。
对于某些脊椎动物来说,孤雌生殖——胚胎在没有受精的情况下发育的无性生殖——是一种常态。例如,新墨西哥鞭尾蜥蜴(Cnemidophorus neomexicanus)是一种全雌性物种,无需雄性提供任何遗传物质即可繁殖。
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但在动物园和水族馆中,动物学家已经开始记录兼性孤雌生殖这种奇怪的现象:通常进行有性生殖的物种的雌性,在没有交配的情况下产下后代。在鸟类、鲨鱼、蛇和科莫多巨蜥(Varanus komodoensis)中都记录到了意外怀孕的案例,但直到现在,都只发生在圈养条件下。
俄克拉荷马州塔尔萨大学的分子生态学家沃伦·布斯现在报告了首例已知的野外兼性孤雌生殖案例,并在今天的《生物学快报》上发表了研究报告。
布斯在北卡罗来纳州立大学罗利分校工作期间,与他的同事们一起捕获了怀孕的野生铜头蛇和棉口蛇,这些蛇在实验室中产下了幼蛇。研究人员怀疑,其中一些蛇在没有雄性参与的情况下进行了繁殖:布斯说,与那些通过有性结合出生的蛇相比,无性繁殖的蛇通常会有大量发育失败的情况,例如死胎,并且可存活的雄性很少。当他看到一些蛇产下的幼蛇具有这些特征时,“这些蛇的幼蛇谱系是我进行基因分型的首要任务”,布斯说道。
蛇的性行为
布斯检查了母亲和后代中的遗传标记,以确认幼蛇是否真的是兼性孤雌生殖的结果,还是由与母亲基因相似的雄性所生的不寻常的幼蛇。
“当我拿到DNA测序仪的结果时,我惊呆了,”他说。基因分型将后代的遗传构成与采集蛇的种群进行了比较;结果表明,雄性贡献的可能性“极小”。布斯指出,研究人员一直认为兼性孤雌生殖发生在野外,但他和他的同事们“震惊”于最终找到了证据。
目前尚不清楚无性生殖是如何在通常进行有性生殖的物种中进化出来的,但一种称为基因组印记的过程的缺失可能发挥了作用。在哺乳动物中,基因组印记导致来自一方亲本的一组基因支配另一方亲本的基因,而这种相互作用需要来自双亲的基因才能产生可存活的后代。爬行动物不经历基因组印记,因此母亲不需要交配即可发育幼崽——但尚不清楚原因。
同样,也不知道是什么刺激雌蛇进行无性繁殖。布斯指出,与雄性隔离不是关键:这些蛇是从有雄性的栖息地采集的,毫无疑问,雄性正在寻找雌性。无论出于何种原因,雌性蛇放弃了潜在的配偶,或拒绝了配对的精子,从而产下了孤雌生殖的幼蛇。布斯说,这一发现推翻了“普遍存在的教条”,即兼性孤雌生殖只发生在雌性被隔离的情况下。
英国利物浦大学的生态遗传学家菲尔·沃茨同意这项研究计算出的“雄性亲本概率极低,令人信服”。这一发现可能会激励其他研究人员去寻找更多的例子。“我们仍然缺乏数据来了解兼性孤雌生殖在野外何时以及为何发生,”沃茨说。几乎可以肯定,还有其他无性繁殖的蛇、鲨鱼和蜥蜴存在,但它们奇妙繁殖的生物学驱动力仍然是一个谜。