孤「男」生殖有譜嗎?

■只有雄性精子可以發育成體嗎?

圖片來源:Nature Communications
圖片來源:Nature Communications (點擊可看大圖)

撰文|葉綠舒

聽過孤雌生殖(parthenogenesis)嗎?孤雌生殖指的是未受精的卵發育為成體。在植物、無脊椎動物裡面都有例子,在脊椎動物中也可以看到。去年美國的研究團隊就發現節齒鋸鰩(smalltooth sawfish,Pristis pectinata)這種脊椎動物會進行孤雌生殖。

當然,卵只有單套(haploid)的染色體,在孤雌生殖中,科學家們發現,有些後代只得到了母親半數的基因,有些則得到了全部的基因,不過都是雙套。後代究竟會得到母親半數或全部的基因,就看是否有經過減數分裂(meiosis)囉。

但不論是動物還是植物,能觀察到的都是孤「雌」生殖;至於孤「男」生殖--雄性的精子發育為成體--好像沒有聽過呢!雖然有些卵子還是需要精子的刺激(沒有受精)才能發育為成體(稱為雌核發育,gynogenesis),但是在未受精的狀況下,能夠發育為成體的,似乎都是卵而非精子。因此,過去大家都認為,只有卵才有辦法單獨發育為胚胎。

英國的巴斯大學(University of Bath)的研究團隊,為了要挑戰這個想法,使用了小鼠的孤雌囊胚(parthenogenotes)作為實驗材料,將精核人工注射進去(上圖a),看看是不是可以發育成為正常的胚胎。

為什麼要用孤雌囊胚呢?過去常用去核的受精卵來進行類似的實驗,但研究團隊不想讓受精卵細胞質裡面的物質來產生可能的干擾。因此,他們使用了孤雌囊胚。

一般來說,孤雌囊胚是將處於減數分裂第二中期(metaphase II)的卵細胞,用氯化鍶處理產生。這些囊胚由於染色體為單套,只有正常個體的一半,所以不會活下來。由於精核的染色體也是單套,將精核注入孤雌囊胚後,如果可以發育,這個個體的染色體套數就又回復為雙套囉!研究團隊分別在氯化鍶處理過的七、十、十三小時,將精核注射進去,觀察到底能不能產生健康的個體。

結果如何呢?各家媒體爭相報導的24%成功率,當然是狀況最好的一組:氯化鍶處理過十三小時再注入精核的組別。至於其他兩組的結果,則遠遠低於這一組喔!

能夠發育成為健康的個體當然很棒,但大家應該都還記得桃莉羊吧!雖然桃莉在出生時看似健康,但是後來卻出現了許多問題,包括肺病以及嚴重的關節炎等,於是英國的研究團隊不得不將牠在六歲半的壯年(牠的同類可以活到十一二歲)把牠安樂死。那麼這些小鼠呢?

這些小鼠們都活得健健康康,在一歲半到兩歲之間老死。對於這些小鼠來說,算是很正常的天年。不過研究團隊發現,這些小鼠們在發育早期的基因表現,有出現一些異常現象;但或許由於小鼠是短命的物種,所以這些異常的基因表現,對小鼠的壽命以及健康狀況,沒有太大的影響。

當然,這個研究成果最重要的貢獻是:它打破了過去大家相信的,只有精子不能發育為個體,精子一定要跟卵子結合,才能傳宗接代。

不過,與孤雌生殖相比,這個實驗結果其實還是告訴我們:單只有精子要發育為後代,雖然不無可能,不過在自然界還是無法發生吧?!所以男生不要太高興喔!

參考文獻:Toru Suzuki et. al., Mice produced by mitotic reprogramming of sperm injected into haploid parthenogenotes. Nature Communications 7, Article number: 12676 (2016) doi:10.1038/ncomms12676

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作者:葉綠舒 慈濟大學生命科學系助理教授,科教中心特約寫手,從事科普文章寫作。

 

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