擺脫性的束縛———?jiǎng)游锏墓麓粕?/h1>
2011-12-31 00:00:00余夫
百科知識(shí) 2011年21期
在自然界中，有一些能行有性生殖的動(dòng)物，其卵子不經(jīng)受精便能孵化，并單獨(dú)發(fā)育成子代，這生殖方式就叫做“孤雌生殖”，也叫“單性生殖”。在這些物種中，雄性似乎是多余的，或者它們是退化的，或者就根本沒(méi)有雄性。
動(dòng)物的孤雌生殖現(xiàn)象
孤雌生殖在無(wú)脊椎動(dòng)物中較為普遍。以輪蟲(chóng)為例，輪蟲(chóng)有兩個(gè)主要類(lèi)群：蛭態(tài)輪蟲(chóng)類(lèi)和單殖輪蟲(chóng)類(lèi)。蛭態(tài)輪蟲(chóng)類(lèi)僅有雌性個(gè)體，沒(méi)有雄性個(gè)體，雌體通過(guò)孤雌生殖只產(chǎn)生一種類(lèi)型的卵，卵經(jīng)有絲分裂孵化成雙倍體雌性，世代重復(fù)。單殖輪蟲(chóng)類(lèi)具有兩性生殖及孤雌生殖，產(chǎn)生不同類(lèi)型的卵，生活史復(fù)雜一些。在節(jié)肢動(dòng)物中，孤雌生殖的現(xiàn)象更為常見(jiàn)。在昆蟲(chóng)中，除蜻蜓目和半翅目外幾乎所有的目都有孤雌生殖的種類(lèi)。
孤雌生殖也在低等的脊椎動(dòng)物身上發(fā)生，例如有些魚(yú)類(lèi)、兩棲動(dòng)物和爬行動(dòng)物中的蜥蜴類(lèi)。在自然界中，生活在美國(guó)西南部沙漠地帶的鞭尾蜥類(lèi)也許應(yīng)該算是選擇孤雌生殖方式的最高等的動(dòng)物了。它的孤雌生殖可產(chǎn)生與母體無(wú)遺傳差異的后代。有趣的是，在鞭尾蜥類(lèi)中需要由還沒(méi)有準(zhǔn)備好進(jìn)行繁殖的雌性個(gè)體臨時(shí)充當(dāng)“偽雄性”的角色?！八笔紫仍谔幱诜敝碃顟B(tài)的雌性個(gè)體的后面追逐，用自己的頸背部抓住“她”，還用自己的身體盤(pán)繞在“她”的身上，模仿交配時(shí)的興奮動(dòng)作，進(jìn)行雄性個(gè)體的全部求愛(ài)過(guò)程。這個(gè)過(guò)程將會(huì)持續(xù)幾分鐘，從而促進(jìn)處于繁殖狀態(tài)的雌性個(gè)體排卵激素的分泌。在行孤雌生殖的物種中也存在性行為這一點(diǎn)表明，動(dòng)物生殖角色的扮演不僅是由遺傳決定的，而且還能由激素進(jìn)行調(diào)控。這種性行為并不只是一種生物進(jìn)化的遺痕，它還起著重要的生理作用。
生殖方式的抉擇
孤雌生殖的優(yōu)點(diǎn)是，它的繁殖過(guò)程效率很高而且無(wú)須消耗能量來(lái)創(chuàng)造一種被稱為雄性的多余生物，可以不必費(fèi)力和冒險(xiǎn)地尋找性伙伴，也不需經(jīng)歷較長(zhǎng)時(shí)間的受精和繁殖過(guò)程。孤雌生殖能穩(wěn)定地保存基因，一次生產(chǎn)后代的數(shù)量可以很大，對(duì)于適應(yīng)于穩(wěn)定環(huán)境的動(dòng)物可以迅速擴(kuò)大種群的數(shù)量。但是，孤雌生殖的潛在問(wèn)題在于其后代基因型完全相同，缺乏變異，因此較難適應(yīng)環(huán)境的變化。當(dāng)其生存環(huán)境發(fā)生劇烈變化時(shí)，所有個(gè)體都會(huì)受到同樣的影響和產(chǎn)生同樣的應(yīng)答，其結(jié)果可能造成整個(gè)種群的絕滅。
地球上大多數(shù)的動(dòng)物都通過(guò)配對(duì)形成了一種有兩種性別的個(gè)體參與的有性生殖形式，在每次交配的過(guò)程中，基因就像洗撲克牌一樣被重新組合起來(lái)，產(chǎn)生出另外一批各不相同的后代。有性生殖的后代彼此之間以及與親代之間都存在著差異，正是這種差異為自然選擇提供了素材，也為適應(yīng)多變的環(huán)境做好了準(zhǔn)備。在此意義上，有性生殖為生物多樣性的出現(xiàn)提供了基本源泉。不過(guò)，如果說(shuō)有性生殖能使后代有更多的變異機(jī)會(huì)，從而有充分的余地經(jīng)受自然選擇的考驗(yàn)，那么，這恰恰是一把雙刃劍：有性生殖在產(chǎn)生有利變異的同時(shí)，也拆散了許多本已有利的組合，因?yàn)橹亟M是一個(gè)隨機(jī)過(guò)程。如果父母的基因功能已經(jīng)相當(dāng)完美或者它們生活環(huán)境的條件從來(lái)不會(huì)發(fā)生明顯的變化，又將如何呢？在這樣的環(huán)境中，有性生殖也許突然就變成了一種不利因素，它不僅會(huì)打破完美的基因組合而且還浪費(fèi)參與者的能量。如果有性生殖成為了一個(gè)壞事情，那么進(jìn)行有性生殖的動(dòng)物能夠設(shè)法擺脫它嗎？對(duì)于某些種類(lèi)的動(dòng)物來(lái)說(shuō)，答案是“可以”。
動(dòng)物的“生命史策略”
讓我們先來(lái)看一下癭蚊的生活。癭蚊有兩種生活途徑：在一種情況下，癭蚊從卵中孵出，經(jīng)歷正常的蛹和蛹蛻階段，出落為普通的有性生殖飛蟲(chóng)；但在另外一種情況下，癭蚊通過(guò)孤雌生殖生出后代，這種后代在很早階段就停止了發(fā)育，它們不能成為正常的飛蟲(chóng)，而是在幼蟲(chóng)期和蛹期即已進(jìn)行生殖。而且，這樣的雌性并不產(chǎn)卵，后代在母親的體內(nèi)發(fā)育，最終竟塞滿了母體。為了生長(zhǎng)，幼蟲(chóng)在母親體內(nèi)蠶食母體，幾天之后，幼蟲(chóng)出生了，這時(shí)母體只剩下一個(gè)幾丁質(zhì)的外殼。不到兩天，這些幼蟲(chóng)自己發(fā)育的后代又開(kāi)始蠶食它們。這是一種只有生殖、沒(méi)有生長(zhǎng)的生活。可憐的幼蟲(chóng)僅僅成為了生育的工具！
那么，孤雌生殖的癭蚊與正常形態(tài)的癭蚊，其面臨的環(huán)境差異表現(xiàn)在什么地方呢？原來(lái)，癭蚊寄生在蘑菇（真菌類(lèi)）中，并以其為食。通常蘑菇數(shù)量不多，相距又遠(yuǎn)，要靠正常能飛的癭蚊來(lái)發(fā)現(xiàn)新的蘑菇，豐富食源。如果癭蚊利用新發(fā)現(xiàn)的蘑菇盡可能快地建立新的群體，它們便能獲得一種選擇優(yōu)勢(shì)。然而，什么是迅速建立新群體的最有效方式呢？在多數(shù)情況下，提早生殖是關(guān)鍵，癭蚊恰恰就是這樣做的。在食物豐盛的時(shí)候，癭蚊在幼蟲(chóng)期就生殖。在5天內(nèi)，孤雌生殖的癭蚊就可產(chǎn)生出38個(gè)后代，而正常的有性成體癭蚊的發(fā)育需要兩周。只要食物有足夠的保證，癭蚊的孤雌生殖可以一直進(jìn)行下去。但是，一只蘑菇總是要被食盡的。當(dāng)雌性幼蟲(chóng)得不到足夠的食物供應(yīng)從而面臨尋找新的食源這一考驗(yàn)時(shí)，它就發(fā)育成正常的飛蟲(chóng)，在后代中出現(xiàn)雌雄兩種個(gè)體。
從癭蚊兩種生活史的調(diào)節(jié)中可以看到，有性生殖期間對(duì)應(yīng)的正是一種不穩(wěn)定的環(huán)境，食物來(lái)源不確定，需要飛蟲(chóng)去尋找；而孤雌生殖期間對(duì)應(yīng)的恰恰是一種穩(wěn)定的環(huán)境，這時(shí)，食物來(lái)源有充分的保證。
與此相似的另一種動(dòng)物是蚜蟲(chóng)。蚜蟲(chóng)以葉液為食，已經(jīng)進(jìn)化出了相當(dāng)復(fù)雜的隨季節(jié)變化的生活方式，有交替的有性世代和無(wú)性世代，通常還伴隨著從一種寄主向另一種寄主的遷移。一片葉子之于它，就如同一個(gè)蘑菇之于癭蚊。面對(duì)不同的環(huán)境類(lèi)型，動(dòng)物通過(guò)調(diào)節(jié)自身從而以不同的策略去應(yīng)對(duì)，這是一種適應(yīng)行為，在理論生態(tài)學(xué)中被稱作“生命史策略”。
孤雌生殖是進(jìn)化的死胡同嗎？
長(zhǎng)期以來(lái)，人們認(rèn)為孤雌生殖由于沒(méi)有雌雄的基因組合，進(jìn)化只能沿著單系突變的積累進(jìn)行，是進(jìn)化上的“死胡同”。甚至有人預(yù)言，專(zhuān)性孤雌生殖的動(dòng)物終將不能適應(yīng)環(huán)境條件的變化而滅絕。但近年來(lái)的研究表明，某些孤雌生殖動(dòng)物的基因水平相當(dāng)高。孤雌生殖是它們長(zhǎng)期為生存而斗爭(zhēng)的過(guò)程中適應(yīng)環(huán)境的結(jié)果，它對(duì)動(dòng)物種群的繁盛起著很大的作用。
現(xiàn)在生態(tài)學(xué)家提出一種把生殖方式與環(huán)境結(jié)合起來(lái)考慮的觀點(diǎn)。在一個(gè)可預(yù)測(cè)的、較少風(fēng)險(xiǎn)的環(huán)境中，孤雌生殖更為有利，因?yàn)楹蟠媾R的是與親代同樣的境況，所以無(wú)須有變異的產(chǎn)生，這時(shí)孤雌生殖的高效率更有意義。然而，當(dāng)個(gè)體處于一個(gè)復(fù)雜多變的、不可預(yù)測(cè)的環(huán)境中時(shí)，子代面臨的不再是與親代同樣的境況，這時(shí)對(duì)于適應(yīng)新的環(huán)境來(lái)說(shuō)，變異性狀的出現(xiàn)就極為重要，只有有性生殖才能帶來(lái)變異的機(jī)會(huì)。事實(shí)也確實(shí)如此。在像熱帶雨林那樣有無(wú)數(shù)種間相互作用的復(fù)雜生境內(nèi)，孤雌生殖的種類(lèi)相對(duì)較少。在簡(jiǎn)單的或貧瘠的生境中，如高海拔和高緯度地區(qū)的生境，則傾向于有更多的孤雌生殖物種。
近年來(lái)的研究表明，那些很少被疾病困擾的物種更容易選擇孤雌生殖的方式來(lái)繁育后代。例如上述的鞭尾蜥類(lèi)，其生活的地區(qū)比較荒涼、環(huán)境變化小，而且病菌造成的壓力相對(duì)較低。因此對(duì)于這些健康的鞭尾蜥類(lèi)的生存來(lái)說(shuō)，遺傳上的基因重組的優(yōu)勢(shì)就不太突出了。雌性個(gè)體通過(guò)孤雌生殖就能完全發(fā)揮它們的繁殖潛能。
【責(zé)任編輯】龐云
在自然界中，有一些能行有性生殖的動(dòng)物，其卵子不經(jīng)受精便能孵化，并單獨(dú)發(fā)育成子代，這生殖方式就叫做“孤雌生殖”，也叫“單性生殖”。在這些物種中，雄性似乎是多余的，或者它們是退化的，或者就根本沒(méi)有雄性。
動(dòng)物的孤雌生殖現(xiàn)象
孤雌生殖在無(wú)脊椎動(dòng)物中較為普遍。以輪蟲(chóng)為例，輪蟲(chóng)有兩個(gè)主要類(lèi)群：蛭態(tài)輪蟲(chóng)類(lèi)和單殖輪蟲(chóng)類(lèi)。蛭態(tài)輪蟲(chóng)類(lèi)僅有雌性個(gè)體，沒(méi)有雄性個(gè)體，雌體通過(guò)孤雌生殖只產(chǎn)生一種類(lèi)型的卵，卵經(jīng)有絲分裂孵化成雙倍體雌性，世代重復(fù)。單殖輪蟲(chóng)類(lèi)具有兩性生殖及孤雌生殖，產(chǎn)生不同類(lèi)型的卵，生活史復(fù)雜一些。在節(jié)肢動(dòng)物中，孤雌生殖的現(xiàn)象更為常見(jiàn)。在昆蟲(chóng)中，除蜻蜓目和半翅目外幾乎所有的目都有孤雌生殖的種類(lèi)。
孤雌生殖也在低等的脊椎動(dòng)物身上發(fā)生，例如有些魚(yú)類(lèi)、兩棲動(dòng)物和爬行動(dòng)物中的蜥蜴類(lèi)。在自然界中，生活在美國(guó)西南部沙漠地帶的鞭尾蜥類(lèi)也許應(yīng)該算是選擇孤雌生殖方式的最高等的動(dòng)物了。它的孤雌生殖可產(chǎn)生與母體無(wú)遺傳差異的后代。有趣的是，在鞭尾蜥類(lèi)中需要由還沒(méi)有準(zhǔn)備好進(jìn)行繁殖的雌性個(gè)體臨時(shí)充當(dāng)“偽雄性”的角色?！八笔紫仍谔幱诜敝碃顟B(tài)的雌性個(gè)體的后面追逐，用自己的頸背部抓住“她”，還用自己的身體盤(pán)繞在“她”的身上，模仿交配時(shí)的興奮動(dòng)作，進(jìn)行雄性個(gè)體的全部求愛(ài)過(guò)程。這個(gè)過(guò)程將會(huì)持續(xù)幾分鐘，從而促進(jìn)處于繁殖狀態(tài)的雌性個(gè)體排卵激素的分泌。在行孤雌生殖的物種中也存在性行為這一點(diǎn)表明，動(dòng)物生殖角色的扮演不僅是由遺傳決定的，而且還能由激素進(jìn)行調(diào)控。這種性行為并不只是一種生物進(jìn)化的遺痕，它還起著重要的生理作用。
生殖方式的抉擇
孤雌生殖的優(yōu)點(diǎn)是，它的繁殖過(guò)程效率很高而且無(wú)須消耗能量來(lái)創(chuàng)造一種被稱為雄性的多余生物，可以不必費(fèi)力和冒險(xiǎn)地尋找性伙伴，也不需經(jīng)歷較長(zhǎng)時(shí)間的受精和繁殖過(guò)程。孤雌生殖能穩(wěn)定地保存基因，一次生產(chǎn)后代的數(shù)量可以很大，對(duì)于適應(yīng)于穩(wěn)定環(huán)境的動(dòng)物可以迅速擴(kuò)大種群的數(shù)量。但是，孤雌生殖的潛在問(wèn)題在于其后代基因型完全相同，缺乏變異，因此較難適應(yīng)環(huán)境的變化。當(dāng)其生存環(huán)境發(fā)生劇烈變化時(shí)，所有個(gè)體都會(huì)受到同樣的影響和產(chǎn)生同樣的應(yīng)答，其結(jié)果可能造成整個(gè)種群的絕滅。
地球上大多數(shù)的動(dòng)物都通過(guò)配對(duì)形成了一種有兩種性別的個(gè)體參與的有性生殖形式，在每次交配的過(guò)程中，基因就像洗撲克牌一樣被重新組合起來(lái)，產(chǎn)生出另外一批各不相同的后代。有性生殖的后代彼此之間以及與親代之間都存在著差異，正是這種差異為自然選擇提供了素材，也為適應(yīng)多變的環(huán)境做好了準(zhǔn)備。在此意義上，有性生殖為生物多樣性的出現(xiàn)提供了基本源泉。不過(guò)，如果說(shuō)有性生殖能使后代有更多的變異機(jī)會(huì)，從而有充分的余地經(jīng)受自然選擇的考驗(yàn)，那么，這恰恰是一把雙刃劍：有性生殖在產(chǎn)生有利變異的同時(shí)，也拆散了許多本已有利的組合，因?yàn)橹亟M是一個(gè)隨機(jī)過(guò)程。如果父母的基因功能已經(jīng)相當(dāng)完美或者它們生活環(huán)境的條件從來(lái)不會(huì)發(fā)生明顯的變化，又將如何呢？在這樣的環(huán)境中，有性生殖也許突然就變成了一種不利因素，它不僅會(huì)打破完美的基因組合而且還浪費(fèi)參與者的能量。如果有性生殖成為了一個(gè)壞事情，那么進(jìn)行有性生殖的動(dòng)物能夠設(shè)法擺脫它嗎？對(duì)于某些種類(lèi)的動(dòng)物來(lái)說(shuō)，答案是“可以”。
動(dòng)物的“生命史策略”
讓我們先來(lái)看一下癭蚊的生活。癭蚊有兩種生活途徑：在一種情況下，癭蚊從卵中孵出，經(jīng)歷正常的蛹和蛹蛻階段，出落為普通的有性生殖飛蟲(chóng)；但在另外一種情況下，癭蚊通過(guò)孤雌生殖生出后代，這種后代在很早階段就停止了發(fā)育，它們不能成為正常的飛蟲(chóng)，而是在幼蟲(chóng)期和蛹期即已進(jìn)行生殖。而且，這樣的雌性并不產(chǎn)卵，后代在母親的體內(nèi)發(fā)育，最終竟塞滿了母體。為了生長(zhǎng)，幼蟲(chóng)在母親體內(nèi)蠶食母體，幾天之后，幼蟲(chóng)出生了，這時(shí)母體只剩下一個(gè)幾丁質(zhì)的外殼。不到兩天，這些幼蟲(chóng)自己發(fā)育的后代又開(kāi)始蠶食它們。這是一種只有生殖、沒(méi)有生長(zhǎng)的生活。可憐的幼蟲(chóng)僅僅成為了生育的工具！
那么，孤雌生殖的癭蚊與正常形態(tài)的癭蚊，其面臨的環(huán)境差異表現(xiàn)在什么地方呢？原來(lái)，癭蚊寄生在蘑菇（真菌類(lèi)）中，并以其為食。通常蘑菇數(shù)量不多，相距又遠(yuǎn)，要靠正常能飛的癭蚊來(lái)發(fā)現(xiàn)新的蘑菇，豐富食源。如果癭蚊利用新發(fā)現(xiàn)的蘑菇盡可能快地建立新的群體，它們便能獲得一種選擇優(yōu)勢(shì)。然而，什么是迅速建立新群體的最有效方式呢？在多數(shù)情況下，提早生殖是關(guān)鍵，癭蚊恰恰就是這樣做的。在食物豐盛的時(shí)候，癭蚊在幼蟲(chóng)期就生殖。在5天內(nèi)，孤雌生殖的癭蚊就可產(chǎn)生出38個(gè)后代，而正常的有性成體癭蚊的發(fā)育需要兩周。只要食物有足夠的保證，癭蚊的孤雌生殖可以一直進(jìn)行下去。但是，一只蘑菇總是要被食盡的。當(dāng)雌性幼蟲(chóng)得不到足夠的食物供應(yīng)從而面臨尋找新的食源這一考驗(yàn)時(shí)，它就發(fā)育成正常的飛蟲(chóng)，在后代中出現(xiàn)雌雄兩種個(gè)體。
從癭蚊兩種生活史的調(diào)節(jié)中可以看到，有性生殖期間對(duì)應(yīng)的正是一種不穩(wěn)定的環(huán)境，食物來(lái)源不確定，需要飛蟲(chóng)去尋找；而孤雌生殖期間對(duì)應(yīng)的恰恰是一種穩(wěn)定的環(huán)境，這時(shí)，食物來(lái)源有充分的保證。
與此相似的另一種動(dòng)物是蚜蟲(chóng)。蚜蟲(chóng)以葉液為食，已經(jīng)進(jìn)化出了相當(dāng)復(fù)雜的隨季節(jié)變化的生活方式，有交替的有性世代和無(wú)性世代，通常還伴隨著從一種寄主向另一種寄主的遷移。一片葉子之于它，就如同一個(gè)蘑菇之于癭蚊。面對(duì)不同的環(huán)境類(lèi)型，動(dòng)物通過(guò)調(diào)節(jié)自身從而以不同的策略去應(yīng)對(duì)，這是一種適應(yīng)行為，在理論生態(tài)學(xué)中被稱作“生命史策略”。
孤雌生殖是進(jìn)化的死胡同嗎？
長(zhǎng)期以來(lái)，人們認(rèn)為孤雌生殖由于沒(méi)有雌雄的基因組合，進(jìn)化只能沿著單系突變的積累進(jìn)行，是進(jìn)化上的“死胡同”。甚至有人預(yù)言，專(zhuān)性孤雌生殖的動(dòng)物終將不能適應(yīng)環(huán)境條件的變化而滅絕。但近年來(lái)的研究表明，某些孤雌生殖動(dòng)物的基因水平相當(dāng)高。孤雌生殖是它們長(zhǎng)期為生存而斗爭(zhēng)的過(guò)程中適應(yīng)環(huán)境的結(jié)果，它對(duì)動(dòng)物種群的繁盛起著很大的作用。
現(xiàn)在生態(tài)學(xué)家提出一種把生殖方式與環(huán)境結(jié)合起來(lái)考慮的觀點(diǎn)。在一個(gè)可預(yù)測(cè)的、較少風(fēng)險(xiǎn)的環(huán)境中，孤雌生殖更為有利，因?yàn)楹蟠媾R的是與親代同樣的境況，所以無(wú)須有變異的產(chǎn)生，這時(shí)孤雌生殖的高效率更有意義。然而，當(dāng)個(gè)體處于一個(gè)復(fù)雜多變的、不可預(yù)測(cè)的環(huán)境中時(shí)，子代面臨的不再是與親代同樣的境況，這時(shí)對(duì)于適應(yīng)新的環(huán)境來(lái)說(shuō)，變異性狀的出現(xiàn)就極為重要，只有有性生殖才能帶來(lái)變異的機(jī)會(huì)。事實(shí)也確實(shí)如此。在像熱帶雨林那樣有無(wú)數(shù)種間相互作用的復(fù)雜生境內(nèi)，孤雌生殖的種類(lèi)相對(duì)較少。在簡(jiǎn)單的或貧瘠的生境中，如高海拔和高緯度地區(qū)的生境，則傾向于有更多的孤雌生殖物種。
近年來(lái)的研究表明，那些很少被疾病困擾的物種更容易選擇孤雌生殖的方式來(lái)繁育后代。例如上述的鞭尾蜥類(lèi)，其生活的地區(qū)比較荒涼、環(huán)境變化小，而且病菌造成的壓力相對(duì)較低。因此對(duì)于這些健康的鞭尾蜥類(lèi)的生存來(lái)說(shuō)，遺傳上的基因重組的優(yōu)勢(shì)就不太突出了。雌性個(gè)體通過(guò)孤雌生殖就能完全發(fā)揮它們的繁殖潛能。
【責(zé)任編輯】龐云
