孤雌生殖自然界中的“未婚先孕”現(xiàn)象

舒端陽(yáng)

1835年，波蘭一位資深的養(yǎng)蜂人齊從（Dzierzon）通過(guò)長(zhǎng)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(lái)，含有32條染色體、兩個(gè)染色體組（即2N），是雌性的；雄蜂是由蜂王的卵細(xì)胞（N=16）直接發(fā)育而來(lái)，只含有一個(gè)染色體組。那么，雌蜂和雄蜂是怎樣產(chǎn)生配子來(lái)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(guò)減數(shù)分裂才能產(chǎn)生生殖細(xì)胞。一種生物能否進(jìn)行減數(shù)分裂，前提是該生物含有偶數(shù)個(gè)染色體組，這樣成對(duì)存在的同源染色體才能在減數(shù)分裂時(shí)彼此分離，分配到兩個(gè)次級(jí)精母細(xì)胞中去。蜂王有兩個(gè)染色體組，所以可以像其他生物一樣進(jìn)行正常的減數(shù)分裂，而只有一個(gè)染色體組的雄蜂又是如何產(chǎn)生精細(xì)胞的呢？

原來(lái)，雄蜂是通過(guò)一種特殊的分裂方式來(lái)產(chǎn)生配子的。首先，精原細(xì)胞（N=16）在間期進(jìn)行DNA的復(fù)制，體積增大成為初級(jí)精母細(xì)胞。此時(shí)的精母細(xì)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(jí)精母細(xì)胞進(jìn)行不均等分裂，產(chǎn)生兩個(gè)子細(xì)胞：一個(gè)子細(xì)胞體積較小，無(wú)細(xì)胞核，不能進(jìn)行分裂，最終退化死亡；另一個(gè)子細(xì)胞的體積大得多，且含有細(xì)胞核，稱為次級(jí)精母細(xì)胞（N=16），可以進(jìn)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(shí)，著絲點(diǎn)分裂，姐妹染色單體分離，向細(xì)胞的兩極移動(dòng)；同時(shí)，細(xì)胞質(zhì)進(jìn)行不均等分裂，含有細(xì)胞質(zhì)少（有16條染色體）的子細(xì)胞逐漸退化消失，含有細(xì)胞質(zhì)多的細(xì)胞體積較大（內(nèi)含16條染色體），最終發(fā)育成精細(xì)胞，可參與受精作用。所以，雄蜂的一個(gè)精原細(xì)胞通過(guò)分裂最終可以產(chǎn)生一個(gè)精子，精子的染色體數(shù)和精原細(xì)胞相同。這種細(xì)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(dāng)時(shí)引起了不小的轟動(dòng)，畢竟在人們普遍的意識(shí)中，絕大多數(shù)生物都是由雌雄個(gè)體交配來(lái)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(xì)胞無(wú)需受精即可發(fā)育成后代的現(xiàn)象，人稱孤雌生殖。后來(lái)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(lái)繁殖后代。

與蜜蜂的生活習(xí)性相似，螞蟻也是一種社會(huì)性的群居動(dòng)物。一個(gè)蟻穴通常由蟻后、雄蟻和工蟻組成。蟻后是這個(gè)家族的“女王”，它掌管著整個(gè)巢穴，并負(fù)責(zé)產(chǎn)卵繁衍。其卵子若未經(jīng)受精，將來(lái)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(guò)假減數(shù)分裂來(lái)產(chǎn)生精子，與蟻后的卵子發(fā)生受精作用，將來(lái)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(yùn)的雌蟻將來(lái)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(lái)就成為“苦命”的工蟻。

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

20世紀(jì)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(huì)出現(xiàn)在植物和一些低等動(dòng)物身上，但事實(shí)并非如此。

1981年，美國(guó)科學(xué)家通過(guò)物理脈沖的方法刺激蛙的卵細(xì)胞，結(jié)果這些被人工處理的蛙卵就像被事先設(shè)定好程序一樣，發(fā)育成一個(gè)個(gè)小蝌蚪。2001年，美國(guó)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(dú)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(xué)家采用了先進(jìn)的DNA指紋技術(shù)進(jìn)行比對(duì)后吃驚地發(fā)現(xiàn)，“鯊寶寶”中的DNA與母鯊的相似度高達(dá)100%，且沒有來(lái)自父親的遺傳物質(zhì)。換句話說(shuō)，父親根本不存在。這就說(shuō)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(guò)去，科學(xué)家普遍認(rèn)為，高等生物都是通過(guò)有性生殖的方式產(chǎn)生后代的，雌雄個(gè)體通過(guò)基因重組和基因互換作用產(chǎn)生的生殖細(xì)胞具有廣泛變異，能夠明顯增加后代適應(yīng)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(duì)孤雌生殖的認(rèn)真思考，為什么孤雌生殖能夠出現(xiàn)在眾多生物中？

科學(xué)家認(rèn)為，有性生殖雖然能夠增強(qiáng)后代適應(yīng)環(huán)境的能力，但是很多生物在求偶、交配和哺育后代的過(guò)程中都要耗費(fèi)大量心血和能量。一些蛾蝶在發(fā)情期時(shí)通過(guò)絢麗的顏色來(lái)吸引異性，也有一些鳥類和鯨類在發(fā)情期時(shí)會(huì)借助動(dòng)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(shí)也會(huì)招引天敵的捕食，所以，這種有性生殖的方式無(wú)疑增加了生存的風(fēng)險(xiǎn)。如果生物可以不經(jīng)雌雄交配而是直接產(chǎn)生后代，無(wú)論是從安全性還是從實(shí)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(gè)體就極少，例如竹節(jié)蟲和粉虱，除了少數(shù)幸運(yùn)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(xué)家都認(rèn)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(duì)環(huán)境的一種適應(yīng)，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(lái)，假減數(shù)分裂和孤雌生殖都是一種正?，F(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(shí)期進(jìn)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(gè)性別決定基因SRY，該基因一旦缺失，將導(dǎo)致男性的睪丸不能發(fā)育。因此，Y染色體對(duì)男性特別重要，是男性的“標(biāo)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(huì)比X染色體小這么多呢？科學(xué)表明，生活在數(shù)百萬(wàn)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(gè)等位基因；但是，在人類漫長(zhǎng)的進(jìn)化歷程中，Y染色體不斷衰退，變得越來(lái)越小，今天男性的Y染色體上只剩下不到100個(gè)基因。更令人驚訝的是，英國(guó)生物學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，男性的Y染色體還在不斷減小。也許500萬(wàn)年后，Y染色體就會(huì)消失……

那么，將來(lái)的人類該怎樣進(jìn)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(jìn)化出一套假減數(shù)分裂的機(jī)制來(lái)延續(xù)自己的生命呢？凡此問題，都需要我們不斷進(jìn)行研究與探索。