有一种动物最爱与兄弟姐妹交配，雄性只是交配工具……
2019/3/21 17:00:00 中国科普博览
本文授权转载自公众号“环球科学”(ID:huanqiukexue)
作者：李晓慧
就是它们!毁三观的线虫Mesorhabditis belari。
图片来源：Marie DELATTRE/LBMC/CNRS Photo library
在自然界，除了最为常见的交配方式，孤雌生殖的例子我们也见过不少。但下文这种线虫的交配方式，绝对颠覆你的认知。
3月15日，国际学术期刊《科学》(Science)报道了一种中杆属线虫(Mesorhabditis belari)独特的生殖方式：大部分情况下，雌性个体利用雄性的精子激活卵细胞，但并不使用精子的DNA，而是孤雌生殖、生下雌性后代。但在极少数情况下，它们也会生下部分雄性，让它们为女儿们提供可激活卵细胞的精子。利用这种生殖方式，它们保证了雌性基因池的绝对“纯净”。
该论文通讯作者，法国里昂大学生物学家Marie Delattre在接受采访时表示，“一般的孤雌繁殖，雌性不会花力气去生育雄性，这看上去是一个比较‘聪明’的策略。但是我们研究的这种线虫，它们自己生育雄性，利用精子却不使用其中的DNA，这有些不同寻常。”这种罕见的生殖策略，对这一物种的意义是什么？
特殊的孤雌繁殖
对于人类来说，生命是一支双人舞蹈，男与女是繁育后代的最佳拍档。男性的精子与女性的卵细胞合二为一，将各自的遗传物质传递给下一代。
但在动物界，孤雌生殖的例子有很多，生殖策略也各不相同。比如在北美洲东北部有一种雌性蝾螈，它们不需要雄性就能够繁殖，而且只生育雌性后代。它们的策略是：雌性蝾螈从其他种类的雄性蝾螈的精液中“偷取”DNA，但并不是用来让自己的卵细胞受精，而是直接将其纳入自己的基因组。据科学家估计，这种孤雌生殖的蝾螈从600万年前就已存在，并一直演化至今。看起来，这种繁衍方式确实有其优势所在。
在美国西部，有几种鞭尾蜥蜴也没有雄性，为了繁衍后代，雌蜥蜴会骑上另外一只雌蜥蜴，模仿雄蜥蜴交配时的动作，科学家认为，这是在刺激被骑的雌性产卵，后者不需要精子让卵细胞受精，卵细胞会自行分裂，形成胚胎。这些蜥蜴生下的宝宝只有雌性，而且与母亲一模一样。
新墨西哥鞭尾蜥只有雌性个体，这种模仿雄性交配的行为，能刺激被骑的雌性产卵。
而在3月15日的Science中，Delattre等人首次描述了一种线虫独特的生殖策略，它们在大部分情况下，利用雄性的精子“激活”卵细胞，“扔下”精子中的DNA，生下女儿，从遗传角度来看，这种情况下雄性是无用的。其实它们大可以找其它种类的线虫完成这一孤雌繁殖过程，但是它们却没有这么做，在不到10%的情况下，它们还要使用精子中的DNA，生下雄性后代，从研究人员基因测序结果来看，这些雄性后代除了Y染色体外，其它染色体与它们的母亲和姐妹非常相似。这些雄性后代将与它们的姐妹们交配，继续作为姐妹们卵细胞的“激活器”。如此周而复始，雌性线虫保持着其基因池完全的“纯净”。
上图：左侧为两性融合的胚胎，右侧为孤雌胚胎
下图分别为两类胚胎的染色体
为什么只生下9%的儿子？
在实验室条件下，研究人员发现雌性线虫在一生中，生育的儿子占所有后代的比例约为9%。这个数字对于线虫种群来说，有什么重要意义呢？“我们想了解，如此低比例的雄性，对整个种群来说是否为最优的选择。”研究人员表示。
为了回答这个问题，研究人员设计了一项试验，他们将20只雌性线虫与不同数量的雄性线虫置于一处令其交配，然后计算它们在繁殖期间生育的后代数量。研究发现，当20只雌性线虫与1只雄性线虫在一起时，平均生育了490只后代；当雄性线虫的数量达到2只的时候，生育后代的数量上升到800只。但是，之后再增加雄性线虫的数量并不会增加雌性线虫繁育后代的规模。
这样的结果表明，即使雄性线虫数量增加，单只雌性线虫繁育的胚胎数量平均也不会超过40个。另外也表明，在有20只雌性线虫的情况下，2只雄性线虫就足以获得最大规模的后代数量。基于模拟计算，最终，研究人员得出结论，大概只需要约9%的雄性后代，就可以保证整个族群规模的最优化，卵细胞可以被充分地利用。
爸爸的DNA只能给儿子
在研究中，Delattre等人通过试验发现，这种雌性线虫会发育两种类型的胚胎，一种由孤雌发育而来，另外一种是两性融合发育而成。在试验中，研究人员发现，65个孤雌发育的胚胎全部发育为雌性后代，而15个两性融合发育的胚胎后代全部为雄性。
基因测序表明，雌性后代的DNA与母亲一致，而雄性后代的DNA来自于父亲和母亲。“这表明，这种线虫的雌性个体纯粹是由雌核发育而来，两性融合只能生育雄性后代。”研究人员表示。“而且，我们的研究结果也显示，雄性DNA永远不会遗传给雌性。”
孤雌繁殖的胚胎
既然雌核发育就能够正常地繁衍生息，为什么这些线虫还要花费精力生下儿子们呢？生儿子对妈妈们来说有何益处？研究人员认为，目前来看，生下雄性并不会增加雌性基因的多样性，但是如果儿子们更倾向于与女儿们交配，那么生儿子就有了意义。
偏爱兄弟姐妹间交配繁殖
为了验证这种雄性线虫是否更倾向于与它的姐妹们交配，研究人员开展试验，观察来自同一个母亲的雄性是否更偏爱与其姐妹交配，并考察来自不同母亲的雌性和雄性的交配繁育情况。
他们将5只雌性线虫与2只同母雄性线虫置于一处进行交配，之后，又让5只雌性线虫与2只非同母雄性线虫进行交配。研究人员发现在150次兄弟姐妹间的交配中，有117次成功；而非兄弟姐妹间的交配，150次交配中只有73次成功。兄弟姐妹间的成功交配显著高于非兄弟姐妹间的交配。
这样的结果，与研究人员此前的假设基本一致，这些线虫确实更倾向于兄弟姐妹间的交配与繁殖，这也就基本解释了，为什么雌性线虫愿意付出精力来繁育雄性后代。“我们认为，雌性生育少量儿子的原因是，这样它们就不需要与其它雌性竞争雄性了。”Delattre说。
那么这对于雄性线虫来说有什么意义呢？Delattre表示，从遗传角度来看，除了Y染色体之外，雄性的基因与它们的母亲和姐妹都非常相似，所以我们目前倾向于认为，雄性线虫可能只是雌性线虫的延伸。
参考链接：
http://science.sciencemag.org/content/363/6432/1210
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1046/j.1420-9101.1998.11060755.x
https://www.biorxiv.org/content/biorxiv/early/2018/10/22/449710.full.pdf
http://weixin.100md.com
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