雄核生殖

 
2017/07/04 王道還 | 生物人類學者(已退休)     339
 

希臘神話中,有一個叫做亞馬遜的女人國。她們是戰神阿瑞斯(Ares)與森林女神哈默妮的後裔,可是性情顯然來自父親 ─ 殘酷、好鬥。據說她們會殺死男嬰,只撫養女兒。不過那些女人是怎麼懷孕的,神話沒有提供任何線索。生物學家在自然界倒是發現了許多「孤雌生殖」的例子,雌性的卵子不需受精也可以發育成胚胎。大家最熟悉的例子是膜翅目昆蟲(蜜蜂與螞蟻) ─ 受精卵發育成雌性;沒有受精的卵發育成雄性。

 

「孤雌生殖」令人好奇有沒有「孤雄生殖」的例子?這就涉及雌性與雄性的差異了:雌性生產的配子(生殖細胞)可能發育成胚胎;雄性不行。理由很簡單,精子(雄性配子)中只有細胞核,沒有其他胞器,而卵子是完整的細胞。

 

不過生物學者發現,有些物種的雄性已演化出特別的機制,能夠控制卵子,使卵細胞核中的基因組不會遺傳給子女。結果子女的核基因組完全來自父系。這叫做雄核生殖(androgenesis),而不是孤雄生殖,因為精子仍然需要卵子的細胞「借殼上市」,因此也稱為生殖寄生(sexual parasitism)。

 

實行雄核生殖的物種並不多,主要是植物。在動物界,已知的例子全是無脊椎動物如昆蟲、蜆(軟體動物)。在實驗室中,以來自其他細胞的細胞核植入去核卵子的技術早已成熟,但是學者仍然沒有在野外發現實行雄核生殖的脊椎動物,最近一個葡萄牙團隊才發現了第一個例子。

 

話說伊比利半島上的鯉魚(Squalius alburnoides)是雜交種。一開始,雌魚與其他屬的雄魚雜交,然後那種雄魚滅絕了,於是牠們的後代與母系同一屬的物種雜交。這個起源令人驚訝,因為中學生物學課本告訴我們:一個物種不能與其他物種雜交,那是物種的定義;即使雜交,雜種也沒有生育能力,如騾。理由之一是:不同物種的染色體數目不一樣,精卵即使結合,染色體無法匹配,便無法指揮受精卵發育成胚胎。

 

可是那種伊比利鯉魚演化出了解決方案:成年個體有的有兩套染色體,有的三套,有的四套;有些雄魚生產的精子帶有單套染色體,有些雙套,有些三套。研究人員推測,只要受精卵裡出現一對可匹配的染色體,無論它們的來源,就可能順利發育成胚胎。

 

於是他們做了一個實驗:在野外捕捉伊比利鯉魚與同屬的另一物種,放到人工池塘中任其自由繁殖,不加干涉,然後捕捉100條仔魚檢驗基因組(核DNA與粒線體DNA)。結果研究人員發現其中一條的基因組完全來自精子。那是脊椎動物自然發生雄核生殖的第一個例子。

 

至於精子以什麼方法排除卵子的核基因組,目前還不清楚。

 

參考資料

  1. Morgado-Santos, M., et al. (2017) First empirical evidence of naturally occurring androgenesis in vertebrates. R. Soc. Open Sci., 4, 170200; DOI: 10.1098/rsos.170200.