【物種原始】實驗室催生的「純女生蜥蜴」

■ 單性生殖是否是演化上的死路?底下這隻俏麗動人的新混種雌蜥蜴,可以告訴你她的想法。

一隻混種蜥蜴後代。(William B. Neaves提供)

編譯 ∣ 汪芃

日前有研究團隊模仿原本就存在的自然現象,培育出一個「全雌性」的蜥蜴品種;演化史上原本就有這樣的過程,但之前從未有人直接觀察到。

這個蜥蜴品種是美國斯托瓦斯醫學研究所(Stowers Institute for Medical Research)細胞生物學家鲍曼(Peter Baumann)的研究團隊培育出來的,研究成果於5月3日發表在《美國國家科學院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences)。鮑曼表示:「本研究重現了演化新物種的過程,探討單性物種究竟如何誕生。」

所謂全雌性的物種,能以自體選殖(self-cloning)的方式產生下一代,在這種單性生殖的過程中,胚胎不須受精就能發育。過去一般認為單性生殖純屬僥倖,是生物演化的死路;但過去10年來共發現超過80群的單性魚類、兩棲類及爬蟲類動物,因此單性生殖似乎並不是死胡同。

在所有單性品種的生物中,最出名的就是鞭尾蜥蜴屬(學名Aspidoscelis,英文俗名whiptail lizard);鞭尾蜥活躍於北美洲西南部,在12個品種中,有7種都是單性動物。科學家研究這些鞭尾蜥的基因,發現這些品種會成為單性動物,是兩種極相近的蜥蜴品種結合的結果,這些混種後代獲得基因突變,因此能進行單性生殖。

這些單性鞭尾蜥蜴中,有兩個品種便是這樣演化而出,立刻孕育出全雌性的新物種。但另外5個品種的鞭尾蜥則還經過一次傳統有性交配,才產下單性生殖的物種;這些品種就是所謂的「三倍體」(triploid),身上共有兩套雌性親代染色體及一套雄性親代染色體。

然而,雖然演化史上確實有這類混種事件,想在當代觀測到混種的過程卻很困難;目前自然界中新出現的混種鞭尾蜥全都沒有生育能力。實驗室培育的品種也一樣:有一項歷時29年的研究,共以9個品種的蜥蜴培育出230種混種蜥蜴,全都沒有生育力。科學家面對一個難解的問題:雖然增加染色體確實可行,但每次的結果都是大慘敗。

鮑曼說:「目前已知的單性生殖蜥蜴中,有一些品種的混種事件發生在10萬年前,但也有一些發生在過去5年間,美國新墨西哥州就有新品種的混種蜥蜴。也有實驗室培育出全雌性蜥蜴,但這些蜥蜴都沒有生育能力。」

儘管如此,歷史上確實曾有一次疑似成功的混種。1967年時,便有一隻實驗室裡的雌吉娃娃斑點鞭尾蜥(暫譯;學名Aspidoscelis exsanguis,英文俗名為Chihuahuan Spotted Whiptail lizard)成功生育;這隻吉娃娃斑點鞭尾蜥是具有單性生殖能力的三倍體,與一隻雄小條紋鞭尾蜥(學名Aspidoscelis inornata,英文俗名Little striped whiptail)交配並生下後代,所生的其中一隻母蜥蜴後來成功產卵了。當時沒有人進行後續研究,但鮑曼的研究團隊認為,這很可能就是一次成功的混種。

因此鮑曼的團隊便重新進行研究,同樣讓吉娃娃斑點鞭尾蜥和小條紋鞭尾蜥交配,實驗結果指出,混種確實成功了,所有後代都能進行單性生殖,且現在已經繁衍到第四代,後代都十分健康,證明自然界確實能演化出新的單性生殖蜥蜴品種。

截至3月,這個新品種已產下共68隻母蜥蜴。研究團隊還沒決定要替這個新品種取什麼名字,但比取名更迫切的,是進一步的研究。鮑曼說:「這個新品種和過去40年所研究的其他混種相比,最根本的差異到底是什麼?」

左圖中是一隻具單性生殖能力的混種雌蜥蜴,左右為其親代,為兩個不同品種,右圖則是該混種蜥蜴的第二、第三、第四代後裔。(圖/PNAS)

這個問題牽扯許多層面。鮑曼主攻細胞分裂,他比較了這個新品種和其他無生育力品種的性細胞分裂(即所謂「減數分裂」),發現新品種蜥蜴具有不同的性細胞分裂機制,這些機制以前科學家從未見過。鮑曼表示:「比較不同品種的減數分裂讓我了解,我們對生物體的減數分裂實在知道得太少。」

如果這個在實驗室中進行的混種確實和自然發生的混種很相像,就能證明單性生殖在演化中並不是死路;鮑曼團隊培育出的新品種蜥蜴容納了許多基因突變,因此具備其他自體選殖品種所缺乏的多樣性。鮑曼提出一個問題:是否有些蜥蜴會因為不同時代有不同的生存壓力,而交替採用雙性和單性生殖?

他說:「難道物種一旦演化成單性生殖,就沒辦法再回頭,直到滅亡前都是單性生殖嗎?或者單性生殖的譜系也可能重回雙性生殖的繁衍方式?」

研究出處:Laboratory synthesis of an independently reproducing vertebrate species(PNAS)

責任編輯:MissZoe

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