率性而為，自然界中的孤雌生殖

魏玉保

電影《侏羅紀(jì)公園》中，有一個(gè)情節(jié)是公園里面全是雌性恐龍，而恐龍種群卻生生不息。現(xiàn)實(shí)生活中，科摩多蜥和新墨西哥鞭尾蜥也可以在沒有雄性蜥蜴的情況下繁衍后代，不過它們產(chǎn)出的后代卻都是雄性，因?yàn)轶w內(nèi)是兩套相同的染色體。這種生殖方式就是孤雌生殖。

孤雌生殖是指，不需要雄性，雌性生物產(chǎn)生的后代就可以完全發(fā)育。水螅、線蟲、一些昆蟲、魚類、爬行類和鳥類都可以通過孤雌生殖繁衍后代。孤雌生殖也廣泛存在于植物中，科學(xué)家在自然界中發(fā)現(xiàn)過不少孤雌生殖繁殖出的植株。

動(dòng)物中的孤雌生殖

與植物相比，人們對動(dòng)物的性別認(rèn)知更明確，所以人們最先注意到的是動(dòng)物中的孤雌生殖。1745年，邦尼特首先在蚜蟲中發(fā)現(xiàn)周期性的孤雌生殖現(xiàn)象。之后科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，作為魚類餌料的鹵蟲、水蚤可以產(chǎn)出成千上萬的卵，本身即可發(fā)育成熟，并能進(jìn)行新一輪的生殖周期。擬態(tài)的竹節(jié)蟲找不到雄蟲時(shí)，排出的卵塊也可以自由孵化。受沃爾巴克氏體菌感染的赤眼蜂或白蟻，不與雄性交配即可產(chǎn)下帶有細(xì)菌的雌性后代；在沒有天敵的情況下，一只孤雌生殖的棉蚜，從6月中旬到11月中旬，能繁殖20代左右，大概共有6萬億只后代；在蜂群或蟻穴中，雄性個(gè)體都是孤雌生殖產(chǎn)生的。

而出人意料的是，高等動(dòng)物中也存在著孤雌生殖。海洋中的錘頭雙髻鯊和豹紋鯊都可以進(jìn)行孤雌生殖。而孤雌生殖的鞭尾蜥在美國新墨西哥州的沙漠中已經(jīng)生活了幾十萬年。近年來，人們觀察到鵪鶉、火雞、來航雞等鳥類也可以進(jìn)行孤雌生殖。甚至兔子也有孤雌生殖的能力，產(chǎn)下的幼兔都是雌性。

孤雌生殖與植物育種

孤雌生殖在植物中也很常見，如黃瓜可以不經(jīng)過傳粉受精就能結(jié)果。1841年，史密斯發(fā)現(xiàn)山麻桿在無授粉的情況下產(chǎn)生了可育的種子，這標(biāo)志著植物孤雌生殖現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)。至今人們已發(fā)現(xiàn)近80余種植物能夠自然產(chǎn)生孤雌生殖的植株。

除了自然的孤雌生殖，還可以人工誘導(dǎo)進(jìn)行孤雌生殖，常用的方法主要有花粉誘導(dǎo)法和藥劑誘導(dǎo)法。人們在茄屬、煙草屬、月見草屬等植物上，用這些辦法獲得了非常多的具優(yōu)良性狀的品系。借助化學(xué)藥劑，人們在水稻、小麥、玉米、高粱、棉花、油菜等作物中也實(shí)現(xiàn)了改良。中科院遺傳發(fā)育所自1973年率先在國內(nèi)開展作物的孤雌生殖研究和育種實(shí)踐，在小麥、水稻、玉米、馬鈴薯、棉花等作物中培育了很多新品種；不少已經(jīng)在全國推廣，產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

孤雌生殖的訣竅

有人認(rèn)為，孤雌生殖雖然簡單、高效，但是后代的基因變異極小，當(dāng)生存環(huán)境改變時(shí)，后代可能因無法適應(yīng)新環(huán)境而滅絕。而有性生殖卻可以產(chǎn)生具有豐富變異的后代。在環(huán)境有所變化時(shí)，多樣性的后代中只要有一小部分能夠適應(yīng)和生存下來，整個(gè)物種就不會(huì)滅絕。但現(xiàn)實(shí)要復(fù)雜的多，上文提到的新墨西哥鞭尾蜥在過去的數(shù)十萬年中經(jīng)歷了冰期-間冰期循環(huán)往復(fù)的考驗(yàn)，生存環(huán)境變化不可謂不大，但是今天依然在苛刻的沙漠環(huán)境中生生不息。

研究表明，動(dòng)物孤雌生殖的3種細(xì)胞遺傳學(xué)機(jī)制依次是：源于單倍性卵細(xì)胞的孤雌生殖，未受精的卵融合發(fā)育為二倍體子代，經(jīng)特殊減數(shù)分裂產(chǎn)生二倍體子代。這3種細(xì)胞遺傳學(xué)機(jī)制中，后兩種都可以像有性生殖一樣，進(jìn)行染色體的組合和重組，不能進(jìn)行染色體的組合和重組的只有第一種。這或許解釋了為什么孤雌生殖的后代也具有強(qiáng)大的環(huán)境適應(yīng)力。

孤雌生殖機(jī)制上的突破，源于數(shù)十年來對遺傳學(xué)特別是基因的研究。人們發(fā)現(xiàn)，誘導(dǎo)產(chǎn)生的小鼠孤雌胚胎只能存活至妊娠期的第10天，這主要是由于胎盤發(fā)育不全造成的。而正常發(fā)育小鼠，來自父源（精子）的基因功能與母源（卵細(xì)胞）的基因功能不同。母源基因功能主要促進(jìn)胎兒生長和營養(yǎng)吸收；父源基因功能使胎盤發(fā)育完善。根據(jù)這項(xiàng)理論，通過對基因進(jìn)行修飾，2004年東京農(nóng)業(yè)大學(xué)宮本教授實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)生了世界首例孤雌生殖哺乳動(dòng)物（小鼠）。

地球可能變成"女兒國"嗎

西游記第二十一回“女兒國唐三藏奇遇”中描述的女兒國，國中沒有男子，女子想有孩子就飲子母河的水，就可如愿。人類可能孤雌生殖嗎？

近年來，群體遺傳學(xué)家研究指出，數(shù)百萬年以來，人類男性Y染色體一直在丟失基因和退化，數(shù)萬年后，男性將消失殆盡，倒真有“女兒國”的隱憂了。布萊恩·塞克斯的科幻小說《亞當(dāng)?shù)脑{咒：一個(gè)沒有男人的未來》也反映了這種隱憂。

其實(shí)，人類的未來遠(yuǎn)沒有這么悲觀。經(jīng)過數(shù)千萬年的演化，靈長類中源自X染色體的Y染色體才“丟盔棄甲”地演變成現(xiàn)在這種形狀。不排除Y染色體會(huì)繼續(xù)丟失個(gè)別基因，但Y染色體已趨于演化上的穩(wěn)定狀態(tài)，這與精子的特殊功能是一致的。也許，數(shù)萬年后，科技發(fā)達(dá)，女性或可以靠孤雌生殖和克隆技術(shù)繁殖后代。借助孤雌生殖這個(gè)窗口，人類不僅可以窺探到大自然演化的奧妙，而且能夠自信地走向未來！