单性生殖可能吗?

讨论单性生殖是否在生物学上有可能性,你也许会很吃惊,因为答案是肯定的,不过这一答案不适用于人类或其他哺乳动物。

在小鼠和其他哺乳动物上的实验表明一个卵子必须被一个精子受精才能触发该物种的发育,单纯地用化学物质或电流刺激哺乳动物的卵子并不能触发其正常分裂。

这就意味着需要精子中特别的蛋白来开启卵子中的钙离子波,从而促使DNA和染色体的复制,并分裂到两个子细胞中。

但是你需要的不只是由精子提供的一个蛋白触发器,你还需要受精卵中染色体的两个拷贝,通常其中一个由母亲提供(在卵细胞核中),另一个由父亲提供(在精子细胞核中)。

你可以设计一个包含同一性别的两个细胞核的小鼠卵子,然而这并没有什么卵用。拥有两个母系细胞核的卵子虽然勉强能形成一个胚胎,但是这个胚胎会由于缺少胎盘发育而干瘪;如果两个细胞核都来自父系则会出现相反的问题:胎盘很多但是几乎没有胚胎发育。

但是为什么不行呢?

原因是有30多个印迹基因只有在来自父亲的精子时才有活性,另外30多个只有在来自母亲的情况下才有活性,所以基因印迹阻止了包括人类在内的哺乳动物的单性生殖。

基因印迹(Genomic imprinting)是基因的不同活动,取决于基因来自父母哪方。基因印迹于90年代被发现,其机制在过去十年才被研究清楚。看来非活跃状态的基因并不是突变了,而是受DNA上的化学基团的影响而未得到表达。这些化学基团被置于睾丸或卵巢的基因中,并在胚胎生长的过程中被移除。

在基因工程的小鼠中,倘若某个关键基因的印迹过程被破坏,即可导致可发育的胚胎成为拥有两个“母亲”的胚胎,这表明基因沉默破坏了单性生殖的胚胎。

但是为什么基因印迹会发展至今仍然是个谜。因为它避免了单性生殖所以被留下?还是父母基因大战的结果?很多印迹基因的功能都暗示了这种“性别对抗”。

通常来自父亲的活性基因直接或间接地促进生长,而来自母亲的活性基因则抑制生长。有人认为父亲的基因利益通过生育最大最强壮的孩子得到满足,无论这对母亲的代价是多少(总能找到其他女性来交配);母亲的基因利益则通过限制对她的健康和能量的需求来满足,这样她才能幸存下来生育更多的孩子。

其他动物中的单性生殖

但是如果你是爬行动物或鱼,单性生殖是可能的。例如,人们发现蟒蛇和长期孤立的雌性科莫多龙(Komodo dragon)生育的后代中只有来自母亲的基因。如今人们还发现,许多蛇类以及少数鲨鱼种类也可以进行单性生殖。周围没有雄性的时候这倒挺方便!

实际上,一些蜥蜴是只有雌性的。一些长尾鳕和美国西南干旱地区及澳大利亚干热的内陆地区的壁虎中的雌性,其未受精的卵子也可能能完全地发育成女儿。

这个过程叫做孤雌生殖(字面上的意思真是“处女制造”),能实践这个过程的动物(蛇、鲨鱼和蜥蜴)不需要担心基因印迹,因为它不会发生在卵生动物身上。

爬行动物能通过几种方式来完成孤雌生殖。雌性能通过将一个卵细胞与另一个包含整套染色体的细胞融合,或通过使卵子经过一种不同的分裂方式形成两套基因组,制造含有正常数目染色体的卵细胞。

这并不完全是克隆,因为母亲的基因拷贝被打乱了,但是子代中的所有基因确实都来自母亲。

为什么要交配?

爬行动物中孤雌生殖的现象造成了一个迷惑:那么交配的目的是什么呢?如果你的后代只接受到来自你的基因,你的基因在进化的竞争中不是更有优势吗?“交配的双重代价”在这个领域中已经被争论了80年。

答案似乎是:虽然孤雌生殖在短期内很有效,但是终究它还是会逐渐被淘汰,因为每一代都重组两个基因是打乱病原体蛋白整合的一个好办法。

倘若一个病原体能感染一个个体,必然也能感染其他具有相同基因的个体,所以有很多克隆出来的个体是没有意义的。比如只存在雌性的澳大利亚壁虎就非常容易受到螨虫感染。

答案是肯定的,单性生殖是可能的,但前提是你不是哺乳动物。

原文来自:科学美国人

翻译:郭晓 审校:海带丝

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“男女有别或者男女授受不亲”,说的就是我们人类中男女的差别,当然还有另一句话也非常不错,“男女搭配,干活不累”,这表示男女之间复杂的心理因素会让很多事情变得更容易处理!

当然这也是好事,但造物主是不是太麻烦了呢,自然界很多动物都可以孤雌生殖,为什么人类却要弄个男女出来?

自然界神奇的孤雌生殖

生命的第一要务是生存,第二才是发展!从生存有两个角度,一个是自身的存在,另一个则是生命的繁衍,当然这两个都非常重要,而从两性区分的角度来考虑,明显给生命繁衍增加了难度!万一找不到另一半,不是要孤老终生了?

所以自然界有一种孤雌生殖的方式就应运而生了!比如在印度尼西亚已在科莫多岛上科莫多巨蜥就具备这种令人叹为观止的技能!不过这种延续了数万年的方式居然在2006年才发现,当时有只名叫桑盖的母蜥在伦敦动物园突然产卵!

管理人员有点懵逼,因为在过去的两年间它都不曾和公蜥有过接触,科摩多巨蜥能够孤雌生殖才为世人所知!当时还一度解释为科莫多巨蜥能储存精子,事实上是科莫多巨蜥有W、Z两种染色体,而母蜥则同时具有这两种。

如果雌性科莫多巨蜥的生存环境中没有雄性交配,那么它会产生一个ZZ染色体的受精蛋,因为科莫多龙每次只能遗传给下一代一个染色体,WW组合无法生长,ZZ结合产生雄性,然后这只雌性科莫多巨蜥产下的蛋将孵出一只雄性,长大后和自己交配,完成种族的繁衍大业,尽管有些令人难以接受,但动物界的事情我们少管!

中间为单性生殖,只有雌性个体的物种新墨西哥鞭尾蜥,一般孤雌生殖两栖类比较多一些

人类为什么没有选择孤雌生殖?

其实并不是人类没有选择孤雌生殖,在这个意义上人类根本就没有机会选择,更没有资格选,多细胞生物选择了有性生殖!

生命诞生以来,一直都是无性生殖,有性生殖一直要到12亿年前才出现,早在寒武纪生命大爆发前7亿年生命就开始旋转有性生殖!而当时的生命体既没有眼睛,也没有脚,只是多细胞生命而已,居然演化出了有性生殖那么碍事的生殖方式,但我们要负责任的说,有性生殖才是生命的未来!

因为有性生殖会给予后代更多的基因多样化,它的两个过程中首先是受精,这是两个配子的结合,第二则是减数分裂,这会染色体交叉重组,这个过程会优势互补,并且能修复并阻止有害基因突变。

所以在复杂的环境中,高等生命的繁殖方式中,有性生殖的巨大优势直接就替代了无性生殖,当然现在很多生物仍然保留了无性生殖,但问题是它们有像人类那样发展到现代文明的高度吗?绝无仅有!而且现在还在用有性生殖中的杂种优势再培育杂交种,培育出高产抗病的农作物,也培育产奶量更高或者更优肉质的家畜等等。

此后有性繁殖统一了高等生命的繁衍方式,哺乳类集成了有性生殖,从侏罗纪最早的哺乳类开始,经过恐龙灭绝后,灵长类开始出现,一直到古猿以及南方古猿出现,有性生殖一直伴随,直到智人开始统治世界!

所以人类的有性生殖,也就是男女有别只是继承而已,我们不具备决定权,但遗传给予了我们这个有性生殖的权利!

男女有别的社会学效应

社会学意义上的男女分工是互补的,两者之间的性格差异,比如男性粗犷有力,而女性细腻温柔,在社会分工中两者都有对应的工作岗位,如果坐错了位置,那么结果也是可想而知的。

男女之间微妙的关系是非常复杂的,很多时候少许的异性将会成为其中的润滑剂,无论是男性集中或者是女性集中的团体中,如果只有单纯一种性别是非常容易出现暴力活动的,但在男女混搭的团体中,不仅大家都会注意形象,相对暴力活动也会减少很多!

而在社会学中的子女教育上,男女性格差异会对后代产生优势互补,就如单亲家庭中的子女在性格上有缺陷的比例会增加,而父母双方都参与教育的家庭则相对会减少,这也是男女有别的重要意义!

而从科学科研的角度来看,男女并无太大的差异,在过去的数百年间,女性科学家概率出现并不高,这是因为歧视所致,比如被爱因斯坦定义为二十世纪最伟大的数学家艾米诺特,她证明的“物理学里的连续对称性和守恒定律一一对应。”,这就是著名的诺特定理,无论在宏观的传统力学,还是在量子力学都意义遵循,当然除了弱力!

而在2005年哈佛大学还计划在十年内斥资5000万美元消除性别差异,用以建设师资队伍多样性,提高女性在理工领域的地位,尽管大家都认同男女除了生理差别外,社会分工中的差异越来越小,但距离心理上的平等,可能还有很长的路要走!

两性生殖非常有利于不稳定的环境。两性生殖可因基因重组,或者复制过程发生可以遗传的变异,使得后代基因,表现型具有多样性,这就使得一种昆虫的各种后代,总有人能适应对应的环境,从而活下去,不至于灭绝。

单性生殖,则相对利于稳定的环境。这种生殖可以做到一次产出大量后代,使得族群能迅速占据对应的生态位,充分利用自然环境和资源,获得更广泛的分布,从而在稳定环境下的中间竞争中掌握到数量上的优势,不至于落败。

总之,两种繁殖的优势,体现在不同的客观环境条件上!


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