孤雌生殖自然界中的“未婚先孕”現(xiàn)象

舒端陽

1835年，波蘭一位資深的養(yǎng)蜂人齊從（Dzierzon）通過長期觀察發(fā)現(xiàn)，蜂巢里的蜜蜂是由蜂王、工蜂和雄蜂組成的；其中，蜂王和工蜂由上一代蜂王和雄蜂交配產(chǎn)生的受精卵發(fā)育而來，含有32條染色體、兩個染色體組（即2N），是雌性的；雄蜂是由蜂王的卵細胞（N=16）直接發(fā)育而來，只含有一個染色體組。那么，雌蜂和雄蜂是怎樣產(chǎn)生配子來繁衍后代的呢？

何謂假減數(shù)分裂

我們知道，高等生物只有通過減數(shù)分裂才能產(chǎn)生生殖細胞。一種生物能否進行減數(shù)分裂，前提是該生物含有偶數(shù)個染色體組，這樣成對存在的同源染色體才能在減數(shù)分裂時彼此分離，分配到兩個次級精母細胞中去。蜂王有兩個染色體組，所以可以像其他生物一樣進行正常的減數(shù)分裂，而只有一個染色體組的雄蜂又是如何產(chǎn)生精細胞的呢？

原來，雄蜂是通過一種特殊的分裂方式來產(chǎn)生配子的。首先，精原細胞（N=16）在間期進行DNA的復制，體積增大成為初級精母細胞。此時的精母細胞含有姐妹染色單體，但染色體數(shù)目保持不變，仍為16條。初級精母細胞進行不均等分裂，產(chǎn)生兩個子細胞：一個子細胞體積較小，無細胞核，不能進行分裂，最終退化死亡；另一個子細胞的體積大得多，且含有細胞核，稱為次級精母細胞（N=16），可以進行減數(shù)第二次分裂。減數(shù)第二次分裂與有絲分裂基本相似，減II后期時，著絲點分裂，姐妹染色單體分離，向細胞的兩極移動；同時，細胞質(zhì)進行不均等分裂，含有細胞質(zhì)少（有16條染色體）的子細胞逐漸退化消失，含有細胞質(zhì)多的細胞體積較大（內(nèi)含16條染色體），最終發(fā)育成精細胞，可參與受精作用。所以，雄蜂的一個精原細胞通過分裂最終可以產(chǎn)生一個精子，精子的染色體數(shù)和精原細胞相同。這種細胞分裂的方式與減數(shù)分裂不同，稱為假減數(shù)分裂（如圖）。

自然界中的孤雌生殖

養(yǎng)蜂人齊從的這一發(fā)現(xiàn)在當時引起了不小的轟動，畢竟在人們普遍的意識中，絕大多數(shù)生物都是由雌雄個體交配來繁育后代，蜂王這種“未婚先孕”的現(xiàn)象還真稱得上“奇葩”。像蜂王這種產(chǎn)生的卵細胞無需受精即可發(fā)育成后代的現(xiàn)象，人稱孤雌生殖。后來的研究發(fā)現(xiàn)，除蜜蜂外，也有其他生物可以借助于假減數(shù)分裂這種“奇葩”的生殖方式來繁殖后代。

與蜜蜂的生活習性相似，螞蟻也是一種社會性的群居動物。一個蟻穴通常由蟻后、雄蟻和工蟻組成。蟻后是這個家族的“女王”，它掌管著整個巢穴，并負責產(chǎn)卵繁衍。其卵子若未經(jīng)受精，將來就發(fā)育成雄蟻，所以，蟻后產(chǎn)生雄蟻的這種方式也被稱為孤雌生殖。雄蟻在性成熟后也可以與蟻后交配，通過假減數(shù)分裂來產(chǎn)生精子，與蟻后的卵子發(fā)生受精作用，將來可以發(fā)育成雌蟻。在眾多的雌蟻中，蟻后揀選一只最中意的，用最好的食物伺喂，這只幸運的雌蟻將來就成為蟻穴中的新“女王”；其余得不到足夠食物的雌蟻，明顯發(fā)育不良，失去生殖能力，將來就成為“苦命”的工蟻。

除了蜜蜂和螞蟻外，20世紀50年代，一種專門和農(nóng)作物作對的蚜蟲同樣引起人們的注意。科學家發(fā)現(xiàn)，這些“小家伙”在氣候惡劣的條件下可以通過雌雄交配的方式繁育后代；可當環(huán)境變得適宜的時候，它們可以通過簡單的孤雌生殖，克隆出自己的“子女”。

20世紀60年代，研究人員相繼發(fā)現(xiàn)，家蠶、竹節(jié)蟲、毒蛾、枯葉蝶、黃瓜和番茄等生物中也存在孤雌生殖現(xiàn)象。

最初，人們以為這類“奇葩”的繁殖現(xiàn)象只會出現(xiàn)在植物和一些低等動物身上，但事實并非如此。

1981年，美國科學家通過物理脈沖的方法刺激蛙的卵細胞，結(jié)果這些被人工處理的蛙卵就像被事先設定好程序一樣，發(fā)育成一個個小蝌蚪。2001年，美國內(nèi)布拉斯加州杜爾利海洋公園里一頭成年的雌性雙髻鯊生下了一頭“鯊寶寶”。令人匪夷所思的是，這頭母鯊一直單獨生活在水池中，身邊從未有雄鯊的出現(xiàn)，怎么就能產(chǎn)下幼仔呢？科學家采用了先進的DNA指紋技術進行比對后吃驚地發(fā)現(xiàn)，“鯊寶寶”中的DNA與母鯊的相似度高達100%，且沒有來自父親的遺傳物質(zhì)。換句話說，父親根本不存在。這就說明，即便像鯊魚這樣的高等生物，也同樣存在孤雌生殖現(xiàn)象。

過去，科學家普遍認為，高等生物都是通過有性生殖的方式產(chǎn)生后代的，雌雄個體通過基因重組和基因互換作用產(chǎn)生的生殖細胞具有廣泛變異，能夠明顯增加后代適應環(huán)境的能力，只有低等生物才直接由母體產(chǎn)生后代。然而，在鯊魚和青蛙這類比較高等的生物中的發(fā)現(xiàn)引起了人們對孤雌生殖的認真思考，為什么孤雌生殖能夠出現(xiàn)在眾多生物中？

科學家認為，有性生殖雖然能夠增強后代適應環(huán)境的能力，但是很多生物在求偶、交配和哺育后代的過程中都要耗費大量心血和能量。一些蛾蝶在發(fā)情期時通過絢麗的顏色來吸引異性，也有一些鳥類和鯨類在發(fā)情期時會借助動聽的“歌聲”吸引性伴侶；但不論美麗的顏色還是悅耳的聲音，在吸引異性的同時也會招引天敵的捕食，所以，這種有性生殖的方式無疑增加了生存的風險。如果生物可以不經(jīng)雌雄交配而是直接產(chǎn)生后代，無論是從安全性還是從實用性都稱得上一種最佳選擇。其次，有些昆蟲種群本身雄性個體就極少，例如竹節(jié)蟲和粉虱，除了少數(shù)幸運的雌性可以把自己“嫁出去”外，大多數(shù)都是“剩女”，那就索性不“結(jié)婚”生孩子吧。因此，目前大多數(shù)的科學家都認為，自然界中的假減數(shù)分裂和孤雌生殖現(xiàn)象是某些生物對環(huán)境的一種適應，是在自然選擇的作用下促使某些基因不斷變異、積累引起的。

人類可以孤雌生殖嗎

這樣看來，假減數(shù)分裂和孤雌生殖都是一種正常現(xiàn)象，自然界里從低等生物的昆蟲、黃瓜到高等生物中的青蛙、鯊魚都能在特定時期進行這種特殊的生殖行為，那么，我們?nèi)祟惪刹豢梢裕?/p>

我們知道，人的性別是由XY染色體決定的。Y染色體上有一個性別決定基因SRY，該基因一旦缺失，將導致男性的睪丸不能發(fā)育。因此，Y染色體對男性特別重要，是男性的“標配”。然而，在顯微鏡下可以明顯看到，Y染色體比X染色體小得多，大約只有后者的1/3。為什么Y染色體會比X染色體小這么多呢？科學表明，生活在數(shù)百萬年前的早期人類，其X和Y染色體的大小基本相等，這兩條染色體上各有1000多個等位基因；但是，在人類漫長的進化歷程中，Y染色體不斷衰退，變得越來越小，今天男性的Y染色體上只剩下不到100個基因。更令人驚訝的是，英國生物學家研究發(fā)現(xiàn)，男性的Y染色體還在不斷減小。也許500萬年后，Y染色體就會消失……

那么，將來的人類該怎樣進行種族繁衍呢？地球上還有沒有男性了？男性是不是要像雄性的蜜蜂和螞蟻那樣，進化出一套假減數(shù)分裂的機制來延續(xù)自己的生命呢？凡此問題，都需要我們不斷進行研究與探索。