沒爸爸也可以生孩子：單性生殖奧秘(組圖)

新浪科技訊 北京時間28日消息，據國外媒體報導，這是一條名為Thelma的雌性蟒蛇，它身長達到6米，在美國路易斯維爾動物園獨自生活了4年，從未與任何雄性同類接觸過。然而，它下了61枚卵，並孵出了6個健康的后代。難道它是在許多年以前與某條雄性蟒蛇交配過，然后將其精子儲存起來了？

遺傳學檢測很快給出了答案：Thelma是世界上第一條無性生殖的網紋蟒。它所下的卵具有長成雌性后代的所有遺傳信息，無需雄性蟒蛇的精子或DNA。取代精子的是生殖細胞分裂時的副物——極體，Thelma的卵細胞與極體結合，並最終發育成胚胎。因此，它的每個后代都具有它一半染色體的兩份拷貝，換句話，它們就是Thelma的半克隆體。

極端環境下的繁殖方式？

盡管十分奇特，但我們現在已經知道Thelma的情況並非獨一無二。科學家已經發現在許多物種中都存在單性生殖現象，包括兩棲類、爬行類、軟骨魚類和硬骨魚類，甚至是鳥類。至於這種現象的背后原因，我們現在還不是很清楚。

單性生殖，又稱為孤雌生殖(parthenogenesis)，一開始被認為是極端情況導致的現象。在以往的記錄中，這種現象只出現在人工養殖的動物中，因此人們推測是壓力、隔離等原因引起。當延續血脈的其他方法都行不通的時候，或許就只剩下單性生殖這一條路了。

然而，現實情況未必如此。科學家發現，一些雌性動物即使在存在雄性的情況下，也會採用單性生殖生后代。而且，野生條件下也會出現單性生殖，甚至這種現象可能已經存在了億萬年的時間。這種繁殖方式具有一定的優勢，特別是在如今的地球上，許多物種的種群數量正急劇地下降。當然，這也引發了對有性生殖重要性的討論。

此外，還有一個很重要的問題是，為什麼脊椎動物中，包括魚類、爬行動物和鳥類都會出現單性生殖，但包括人類在內的哺乳動物卻沒發現具有這種能力？事情看來並不是那麼簡單……

單性生殖的火

或許通過常見的家養火，我們可以最好地理解“單性生殖”。在19世紀初，有報告稱有單性生殖的現象，之后有人就開始研究火中的類似現象。他們發現，這些大型家禽能下未受精的蛋，並成功孵出后代。

不過，這些孵出來的火雛鳥都是雄性的。與哺乳動物不同，在鳥類中，雄性的染色體佔據主導地位。很快，人們選育出了一個單性生殖的火家系，其雄性后代都發育正常，而且能成功進行繁殖。

過去15年中，出現了一系列關於家養魚類、蛇和蜥蜴等動物單性生殖行為的報導，而且，似乎許多種鯊魚也具有這種行為。2001年12月14日，在養在一起的三條雌性窄頭雙髻鯊中，有一條下了健康的雌性后代。這三條雌性鯊魚是在未成年時，從美國佛羅里達群島海域捕獲的。它們都沒有接觸過雄性鯊魚。

據紐約州立大學石溪分校的德米安·查普曼(Demian Chapman)團隊稱，這三條雌性窄頭雙髻鯊中確實有一條進行了生育。隨后的遺傳學檢測證實，沒有雄性鯊魚參與其中。后來科學家在其他4種鯊魚中也發現了同樣的現象。查普曼：“看起來這是一種在許多鯊魚中都存在的現象。”

科摩多巨蜥

2006年，科學家報告稱，兩條不同的科摩多巨蜥——世界上最大的蜥蜴——也出現了單性生殖的行為。這兩條巨蜥圈養在不同的機構中，一條在切斯特動物園，另一條在倫敦動物園。兩家動物園都位於英國。

當時，科學家推測這種巨蜥能夠在有性生殖和無性生殖之間進行轉換，即在沒有雄性存在的極端情況下，可以生出自己的克隆后代。近年來，科學家還發現包括蟒和蚺在內的多種蛇類中，也會在沒有雄性的情況下進行單性生殖。

那麼問題來了，它們為什麼要這麼做呢？

沒有雄性的生活

一個可能的解釋來自野生條件下的鞭尾蜥。事實上，鞭尾蜥包含了許多物種，其中相當一部分是來自其他物種的雜交后代。這些奇特的雜交物種都是雌性，雄性已經被完全從它們的繁殖過程中踢開。每只雌性鞭尾蜥都通過無性生殖的方式生后代。

這種性別專屬的策略具有其演化優勢：無論哪一隻鞭尾蜥落單了，它都可以延續自己的基因，而那些需要依賴雄性才能繁殖的鞭尾蜥則逐漸消亡。這是一種非常特別的單性生殖，只出現於沒有雄性存在的情況下。那些被困在孤島上的雌性鞭尾蜥，逐漸轉變了生物學特徵，以進行單性生殖。

科學家認為，網紋蟒Thelma可能也是出於類似的原因才進行單性生殖。它生活在寬敞的籠舍中，食物充足，溫度適宜，具有在生物學上轉變成單性生殖的良好條件。對於其他蛇類、科莫多巨蜥和鯊魚來，情況很可能也是如此。

不過，這種觀點也存在問題。通常，無性生殖是有一定代價的——本質上這是同系繁殖的終極形式，無法創造出遺傳多樣性。因此，自體克隆的動物在應對疾病和其他威脅時非常脆弱，它們缺乏遺傳多樣性來克服威脅 。基於這個原因，在單性生殖的科摩多巨蜥出現之后，科學家建議，不應該把這種瀕危的蜥蜴隔離起來。他們擔心如果科摩多巨蜥開始單性生殖，其遺傳多樣性將逐漸減少。

當然，在環境中沒有雄性的極端條件下，單性生殖也是很合理的選擇。

野生環境中的單性生殖

在野生環境下，一些脊椎動物也會出現單性生殖的現象。2012年，科學家發現一些蝮蛇在野生條件下會經常出現單性生殖的現象。

塔爾薩大學的沃倫·布斯(Warren Booth)及其同事採集了59窩蝮蛇(包括兩個物種)的蛋，並分析了這些蛋的“DNA指紋”。他們發現，其中兩窩蛋是來自單性生殖的物，更確切是兼性單性生殖(facultative parthenogenesis)。

因此，人工養殖條件下的壓力因素可能並不是引發單性生殖的原因。而且，野生環境中的雄性蝮蛇數量很大，雌性並不是因為沒有選擇才進行單性生殖。

“我們過去稱兼性單性生殖是演化中的新奇事物，但它並不像人們想象的那麼新奇，”沃倫·布斯，“我們現在所做的這些生殖生物學工作令人稱奇，從周圍的動物身上，我們還可以學到許多有關繁殖模式的新知識。”

古老的繁殖方式

沃倫·布斯推測，單性生殖實際可能是一種非常古老的脊椎動物繁殖方式。最擅長這種行為的動物，如蟒和蚺，也是最古老的一些蛇類。較晚出現的物種，如眼鏡蛇等，在單性生殖中只能下1到2條后代，而且經常無法存活。

或許在這些古老蛇類生存的年代，可能是億萬年前，它們的數量如此稀少，或者很難找到異性配偶，因此只能採用單性生殖的方式。不過化石記錄無法告訴我們有關的信息。

事實上，要弄清楚有多少野生動物能以這種方式進行繁殖也異常困難。想要了解野生魚類是否能進行單性生殖几乎不可能。對鯊魚而言，唯一的方法是獲取雌性鯊魚及其后代的DNA，檢測差異的百分比。由於許多鯊魚物種處於瀕危狀態，這樣的研究很難進行。

於是難題依然存在。為什麼在無性生殖具有如此多缺點的情況下，還要進行單性生殖？特別是在雄性個體充足的野生環境中？而且，即使單性生殖是一種古老的演化物，那為什麼至今還仍然存在？

健康的后代

有一個答案或許就存在於這些問題之中。哈佛大學演化生物學家詹姆斯·漢肯(James Hanken)指出，如果無性生殖真的這麼不好，那它就不應該存在如此長的時間。因此，盡管遺傳多樣性很重要，但並不是全部。那些由單性生殖生的后代本身就支持了這一點。

相比兩性繁殖的后代，由單性生殖而來的幼鯊具有的遺傳多樣性更少，但它們同樣健康，“沒有任何有害的隱性基因，”德米安·查普曼道。

美國喬治亞州立大學的戈登·蘇萊特(Gordon Schuett)是首位記錄蛇類中兼性單性生殖的科學家，據他介紹，雌性之所以決定單獨繁殖后代，可能是因為有性生殖活動消耗巨大。雌性需要忍受雄性之間的競爭和打鬥，而找到理想配偶有時也很困難。

另外一種觀點認為，演化之外的某些東西在起作用。單性生殖可能是被一些外部因素所引發。如荷爾蒙，或者荷爾蒙失衡？或者甚至是致病體，如病毒或寄生蟲的作用？有一種黃蜂，當被某種細菌感染時，就會出現無性生殖的行為。沃倫·布斯支持這種觀點，他：“我們在鳥類、蛇類和鯊魚中都發現了這種行為，它們似乎是各自進行演化的，因此有其他什麼因素在驅動。”

戈登·蘇萊特則沒有那麼肯定，他很難相信導致如此多的物種出現同樣行為的因素只有一個。不過，沃倫·布斯正致力於對多種生物，包括科摩多巨蜥、蟒、蚺和許多保存在實驗室中的動物組織進行遺傳學檢測。他試圖尋找出某個決定性的遺傳特徵，表明某種病毒或其他激發因素的存在。

如果無法發現這種激發因素，那可能就意味，保留在不同物種中的單性生殖能力可以作為某種備用機制，在不利於有性生殖或有性生殖消耗過大的情況下被啟用。

美國堪薩斯大學醫學中心的彼得·鮑曼稱，如果上述觀點是真的，那隨野生動物數量的下降，我們或許將看到更多的單性生殖行為。科學家已經在等待發現森蚺——世界上最重的蛇——是否也會加入能夠進行單性生殖的脊椎動物名單。

“自然界中演化出這樣的方式實神奇。從適應性的角度來，這確實增強了物種長時期生存的能力，因為它有了備用策略，”彼得·鮑曼，“有性生殖最大的一個缺點，就是要求兩個個體同時出現在一個地方，當種群密度非常低的時候，這就是個很大的問題。”從演化的角度來，有性生殖依然是目前更為成功的繁殖方式，但彼得·鮑曼補充道：“顯然兩種機制各有優勢。”

那麼，哺乳動物呢？

最后一個謎題是，如果單性生殖比科學家估計的還要廣泛存在，那麼為什麼包括人類在內的哺乳動物無法做到呢？

或許哺乳動物也是可以做到的。

目前還沒有哺乳動物進行自然單性生殖的例子，無論是在圈養還是野生條件下。然而，在20世紀30年代的哈佛大學，一位名為格雷戈裏·平卡斯(Gregory Pincus)的科學家開始對哺乳動物的生殖系統進行研究。他的工作使他成為了人類避孕藥的發明者之一。

當時，他宣稱在兔子身上引發了單性生殖，引發了不小的爭議，因為其他科學家無法重覆這一結果。幾十年之后的2004年，有科學家報告稱成功使一隻基因工程小鼠出現了單性生殖的行為。隻小鼠的后代不僅活了下來，而且能夠生育自己的后代。

科學家稱，由於一些根本性的生物學特徵，哺乳動物很難，甚至不可能自然地單性生殖出可存活的后代。不過，或許某一天，有一隻哺乳動物會在某一個地方給我們一個驚喜。就像網紋蟒Thelma，以及其他那些蛇類、火和鯊魚一樣，它會生下一個“奇跡”后代，從而對我們對生殖生物學的認知提出根本性的挑戰。(任天)