混亂程度毀三觀的動物：最愛與兄弟姐妹交配、雄性只是交配工具……

就是它們！毀三觀的線蟲Mesorhabditis belari。

圖片來源：Marie DELATTRE/LBMC/CNRS Photo library

在自然界，除了最為常見的交配方式，孤雌生殖的例子我們也見過不少。但下文這種線蟲的交配方式，絕對顛覆你的認知。

今日，國際學術期刊《科學》（Science）報道了一種中桿屬線蟲（Mesorhabditis belari）獨特的生殖方式：大部分情況下，雌性個體利用雄性的精子激活卵細胞，但並不使用精子的DNA，而是孤雌生殖、生下雌性後代。但在極少數情況下，它們也會生下部分雄性，讓它們為女兒們提供可激活卵細胞的精子。利用這種生殖方式，它們保證了雌性基因池的絕對「純凈」。

撰文 | 李曉慧

該論文通訊作者，法國里昂大學生物學家Marie Delattre在接受《環球科學》採訪時表示，「一般的孤雌繁殖，雌性不會花力氣去生育雄性，這看上去是一個比較『聰明』的策略。但是我們研究的這種線蟲，它們自己生育雄性，利用精子卻不使用其中的DNA，這有些不同尋常。」這種罕見的生殖策略，對這一物種的意義是什麼？

特殊的孤雌繁殖

對於人類來說，生命是一支雙人舞蹈，男與女是繁育後代的最佳拍檔。男性的精子與女性的卵細胞合二為一，將各自的遺傳物質傳遞給下一代。

但在動物界，孤雌生殖的例子有很多，生殖策略也各不相同。比如在北美洲東北部有一種雌性蠑螈，它們不需要雄性就能夠繁殖，而且只生育雌性後代。它們的策略是：雌性蠑螈從其他種類的雄性蠑螈的精液中「偷取」DNA，但並不是用來讓自己的卵細胞受精，而是直接將其納入自己的基因組。據科學家估計，這種孤雌生殖的蠑螈從600萬年前就已存在，並一直演化至今。看起來，這種繁衍方式確實有其優勢所在。

在美國西部，有幾種鞭尾蜥蜴也沒有雄性，為了繁衍後代，雌蜥蜴會騎上另外一隻雌蜥蜴，模仿雄蜥蜴交配時的動作，科學家認為，這是在刺激被騎的雌性產卵，後者不需要精子讓卵細胞受精，卵細胞會自行分裂，形成胚胎。這些蜥蜴生下的寶寶只有雌性，而且與母親一模一樣。

新墨西哥鞭尾蜥只有雌性個體，這種模仿雄性交配的行為，能刺激被騎的雌性產卵。

而在今日的Science中，Delattre等人首次描述了一種線蟲獨特的生殖策略，它們在大部分情況下，利用雄性的精子「激活」卵細胞，「扔下」精子中的DNA，生下女兒，從遺傳角度來看，這種情況下雄性是無用的。其實它們大可以找其它種類的線蟲完成這一孤雌繁殖過程，但是它們卻沒有這麼做，在不到10%的情況下，它們還要使用精子中的DNA，生下雄性後代，從研究人員基因測序結果來看，這些雄性後代除了Y染色體外，其它染色體與它們的母親和姐妹非常相似。這些雄性後代將與它們的姐妹們交配，繼續作為姐妹們卵細胞的「激活器」。如此周而復始，雌性線蟲保持著其基因池完全的「純凈」。

上圖：左側為兩性融合的胚胎，右側為孤雌胚胎

下圖分別為兩類胚胎的染色體

為什麼只生下9%的兒子？

在實驗室條件下，研究人員發現雌性線蟲在一生中，生育的兒子占所有後代的比例約為9%。這個數字對於線蟲種群來說，有什麼重要意義呢？「我們想了解，如此低比例的雄性，對整個種群來說是否為最優的選擇。」研究人員表示。

為了回答這個問題，研究人員設計了一項試驗，他們將20隻雌性線蟲與不同數量的雄性線蟲置於一處令其交配，然後計算它們在繁殖期間生育的後代數量。研究發現，當20隻雌性線蟲與1隻雄性線蟲在一起時，平均生育了490隻後代；當雄性線蟲的數量達到2隻的時候，生育後代的數量上升到800隻。但是，之後再增加雄性線蟲的數量並不會增加雌性線蟲繁育後代的規模。

這樣的結果表明，即使雄性線蟲數量增加，單只雌性線蟲繁育的胚胎數量平均也不會超過40個。另外也表明，在有20隻雌性線蟲的情況下，2隻雄性線蟲就足以獲得最大規模的後代數量。基於模擬計算，最終，研究人員得出結論，大概只需要約9%的雄性後代，就可以保證整個族群規模的最優化，卵細胞可以被充分地利用。

爸爸的DNA只能給兒子

在研究中，Delattre等人通過試驗發現，這種雌性線蟲會發育兩種類型的胚胎，一種由孤雌發育而來，另外一種是兩性融合發育而成。在試驗中，研究人員發現，65個孤雌發育的胚胎全部發育為雌性後代，而15個兩性融合發育的胚胎後代全部為雄性。

基因測序表明，雌性後代的DNA與母親一致，而雄性後代的DNA來自於父親和母親。「這表明，這種線蟲的雌性個體純粹是由雌核發育而來，兩性融合只能生育雄性後代。」研究人員表示。「而且，我們的研究結果也顯示，雄性DNA永遠不會遺傳給雌性。」

孤雌繁殖的胚胎

既然雌核發育就能夠正常地繁衍生息，為什麼這些線蟲還要花費精力生下兒子們呢？生兒子對媽媽們來說有何益處？研究人員認為，目前來看，生下雄性並不會增加雌性基因的多樣性，但是如果兒子們更傾向於與女兒們交配，那麼生兒子就有了意義。

偏愛兄弟姐妹間交配繁殖

為了驗證這種雄性線蟲是否更傾向於與它的姐妹們交配，研究人員開展試驗，觀察來自同一個母親的雄性是否更偏愛與其姐妹交配，並考察來自不同母親的雌性和雄性的交配繁育情況。

他們將5隻雌性線蟲與2隻同母雄性線蟲置於一處進行交配，之後，又讓5隻雌性線蟲與2隻非同母雄性線蟲進行交配。研究人員發現在150次兄弟姐妹間的交配中，有117次成功；而非兄弟姐妹間的交配，150次交配中只有73次成功。兄弟姐妹間的成功交配顯著高於非兄弟姐妹間的交配。

這樣的結果，與研究人員此前的假設基本一致，這些線蟲確實更傾向於兄弟姐妹間的交配與繁殖，這也就基本解釋了，為什麼雌性線蟲願意付出精力來繁育雄性後代。「我們認為，雌性生育少量兒子的原因是，這樣它們就不需要與其它雌性競爭雄性了。」Delattre說。

那麼這對於雄性線蟲來說有什麼意義呢？Delattre表示，從遺傳角度來看，除了Y染色體之外，雄性的基因與它們的母親和姐妹都非常相似，所以我們目前傾向於認為，雄性線蟲可能只是雌性線蟲的延伸。

參考鏈接：

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

《環球科學》2019年3月刊上市

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