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科学松鼠会

让我们剥开科学的坚果

 
 
 

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什么是科学松鼠会? 我们认为,对于部分人来说,科学就像一枚枚难以开启的坚果,虽味美却不易入口。 我们希望自己能够像松鼠一样,打开科学的坚硬外壳,将有营养的果仁剥出来,让人们能够领略到科学的美妙。 我们试图让科学传播并且流行起来。

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哥斯拉的孤雌生殖是怎么一回事?  

2014-06-16 15:58:09|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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本文作者:瘦驼

在我们看来,男欢女爱,这是再正常不过的事情,似乎两性的存在不仅是生物界繁荣发展的基础,也是宇宙万物和谐的根本。所以当大脑跟奶酪一样多孔的主创把1998年版的哥斯拉描述成了一种“孤雌生殖”的动物时,我们不禁要问,这是什么崎岖的设定?

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“孤雌生殖”(parthenogenesis,这个单词来源于希腊语词根,意为“处女生产”),顾名思义,就是不需要雄性,雌性自身可以产生后代的繁殖方式。上世纪70年代,有发育学者给出过一个更严谨的定义:“无须精子,一个卵即可以发育成胚,而不管这个胚是否能发育成个体”。

科学家们目前掌握的孤雌生殖的动物有一千多种。

最为人知的孤雌生殖的动物就是蜜蜂。蜂后虽然也与雄蜂交配,但是却能产下受精和非受精两种卵,前者发育成蜂后或者工蜂(由喂养幼虫的不同食物决定),后者则发育成雄蜂。与蜜蜂亲缘关系比较近的小火红蚁(Wasmannia auropunctata)也能孤雌生殖,与蜜蜂相反的是,蚁后通过孤雌生殖来繁育新蚁后,受精卵发育成不育的雌性工蚁和雄蚁。

繁殖模式最复杂的孤雌生殖动物莫过于蚜虫。以榆四脉绵蚜(Tetraneura ulmi)为例,每年春天,被称为“干母”的蚜虫通过孤雌生殖的方式(并且是卵胎生,即蚜虫卵在原母体内孵化)在榆树上生下30-40只称为“迁移蚜”的小蚜虫,这些生下来体内就已经有发育成熟卵的移行虫长着翅膀,“她们”飞到各处,繁殖出几代没有翅膀的“流亡虫”。初秋,“流亡虫”繁殖出长翅膀的“性母”,飞回榆树,产下卵,生出没有翅膀的一代“性蚜”,这些蚜虫里有雄也有雌,然后雌雄交配,雌虫在树皮里产下一颗相当于自己体积三分之二大的卵。接下来,这颗大卵度过寒冬,到春天,孵化成“干母”。

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【榆四脉绵蚜及其在榆树上形成的虫瘿。图片:gau.hu】

这一复杂的过程的多数细节不为人知,环境因素中的温度、光照到底如何影响了蚜虫的繁殖方式和翅膀的发育,仍然是个谜。

不管是蜜蜂还是蚜虫,都是把孤雌生殖“搭配”两性生殖使用。与它们不同,很多蜥蜴专一的采用孤雌生殖的方式。

2006年,以瓦茨(P. C. Watts)为首的研究小组发现现存最大的陆地爬行动物科摩多巨蜥同样能进行孤雌生殖,这也解释了长久以来困扰科学家们的一个问题——科摩多巨蜥的雄性与雌性比例并不是1:1,而是4:3。科摩多巨蜥的性染色体是WZ体系,其中WZ为雌性,ZZ为雄性,WW不能存活。所以WZ的雌性孤雌生殖的产物要么是ZZ,要么是WW,所以后代全部为雄性。

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不知道让哥斯拉孤雌生殖这一想法的灵感是不是来自科摩多巨蜥呢?图片:shutterstock.com

更知名的孤雌生殖爬行动物是生活在美国和墨西哥的鞭尾蜥,这其实是一个属(Cnemidophorus),其中的15种完全不存在雄性。虽然没有雄性,这些蜥蜴仍然有交配行为,刚产过卵的雌蜥蜴充当“雄性”的角色。科学家们发现,交配行为本身有助于刺激“她们”多产卵。

这么看来,98年版的哥斯拉里,大怪物应该不止一只。

不要以为孤雌生殖只是些稀奇古怪动物的稀奇古怪行为,我们身边就有孤雌生殖的例子。早在1953年,美国科学家奥尔森(M. W. Olsen)意外的发现,14%的贝尔茨威尔小种白火鸡(Beltsville Small White)的未受精蛋可以发育。上世纪80年代,人们又发现两种常见的鸡种——横斑洛克公鸡和白来杭母鸡杂交后的母鸡产的未受精蛋中,也有15%可以发育。当然这些鸡蛋中的大部分到第三天就停止发育了。美国马里兰州动物生理及遗传研究所的莎薇拉(P. Sarvella)曾经用一只“处女鸡”下的8000只蛋孵出7只小鸡,其中三只没活过一周,其他四只也十分虚弱。看来,如果你足够幸运,超市里的买来的鸡蛋也是可以孵出小鸡来的。要是您是一个蛋奶素食者,严格来说吃的蛋里可能会有不符合定义的可能。

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说不准这些蛋里就能孵出一只小鸡呢。图片:shutterstock.com

相较而言,哺乳动物孤雌生殖理论上困难得多。由于存在一种特殊的“印记基因”机制,缺乏雄性遗传物质的哺乳动物胚胎很难存活。目前尚未有自然界哺乳动物孤雌生殖的案例。不过,人工的孤雌哺乳动物已经诞生了,2004年,东京农业大学的科学家用孤雌生殖的方法克隆出一只小鼠,起名叫做辉夜姬。当然,辉夜姬的遗传物质来自两只雌性小鼠,可以说是有母无父的小家伙。

同年,韩国科学家黄禹锡用与日本科学家类似的方法得到了孤雌生殖的人类胚胎,虽然此后因为伪造实验数据,黄禹锡身败名裂,但是调查这一事件的调查组仍然肯定了黄禹锡的这一研究成果。

早在1955年,英国某家报纸刊登启事,寻找“处女生子”的妈妈。由于人类女性的性染色体是XX,不可能孤雌生殖出XY的男性,出于科学方面的考虑,启事中提醒只有孩子是女孩儿的才可以。果真有不少母女报名,林恩Balfour Lynn负责对这些母女进行了检查,结果也证实了黄禹锡工作的开创性——没有一对经得起“生物学检验”。

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本文首发于果壳网(guokr.com)《哥斯拉的孤雌生殖是怎么一回事?》,编辑:老猫

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