孤雌生殖自然界中的“未婚先孕”現象

舒端陽

1835年，波蘭一位資深的養蜂人齊從（Dzierzon）通過長期觀察發現，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生的受精卵發育而來，含有32條染色體、兩個染色體組（即2N），是雌性的；雄蜂是由蜂王的卵細胞（N=16）直接發育而來，只含有一個染色體組。那么，雌蜂和雄蜂是怎樣產生配子來繁衍后代的呢？

何謂假減數分裂

我們知道，高等生物只有通過減數分裂才能產生生殖細胞。一種生物能否進行減數分裂，前提是該生物含有偶數個染色體組，這樣成對存在的同源染色體才能在減數分裂時彼此分離，分配到兩個次級精母細胞中去。蜂王有兩個染色體組，所以可以像其他生物一樣進行正常的減數分裂，而只有一個染色體組的雄蜂又是如何產生精細胞的呢？

原來，雄蜂是通過一種特殊的分裂方式來產生配子的。首先，精原細胞（N=16）在間期進行DNA的復制，體積增大成為初級精母細胞。此時的精母細胞含有姐妹染色單體，但染色體數目保持不變，仍為16條。初級精母細胞進行不均等分裂，產生兩個子細胞：一個子細胞體積較小，無細胞核，不能進行分裂，最終退化死亡；另一個子細胞的體積大得多，且含有細胞核，稱為次級精母細胞（N=16），可以進行減數第二次分裂。減數第二次分裂與有絲分裂基本相似，減II后期時，著絲點分裂，姐妹染色單體分離，向細胞的兩極移動；同時，細胞質進行不均等分裂，含有細胞質少（有16條染色體）的子細胞逐漸退化消失，含有細胞質多的細胞體積較大（內含16條染色體），最終發育成精細胞，可參與受精作用。所以，雄蜂的一個精原細胞通過分裂最終可以產生一個精子，精子的染色體數和精原細胞相同。這種細胞分裂的方式與減數分裂不同，稱為假減數分裂（如圖）。

自然界中的孤雌生殖

養蜂人齊從的這一發現在當時引起了不小的轟動，畢竟在人們普遍的意識中，絕大多數生物都是由雌雄個體交配來繁育后代，蜂王這種“未婚先孕”的現象還真稱得上“奇葩”。像蜂王這種產生的卵細胞無需受精即可發育成后代的現象，人稱孤雌生殖。后來的研究發現，除蜜蜂外，也有其他生物可以借助于假減數分裂這種“奇葩”的生殖方式來繁殖后代。

與蜜蜂的生活習性相似，螞蟻也是一種社會性的群居動物。一個蟻穴通常由蟻后、雄蟻和工蟻組成。蟻后是這個家族的“女王”，它掌管著整個巢穴，并負責產卵繁衍。其卵子若未經受精，將來就發育成雄蟻，所以，蟻后產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，通過假減數分裂來產生精子，與蟻后的卵子發生受精作用，將來可以發育成雌蟻。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，這只幸運的雌蟻將來就成為蟻穴中的新“女王”；其余得不到足夠食物的雌蟻，明顯發育不良，失去生殖能力，將來就成為“苦命”的工蟻。

除了蜜蜂和螞蟻外，20世紀50年代，一種專門和農作物作對的蚜蟲同樣引起人們的注意。科學家發現，這些“小家伙”在氣候惡劣的條件下可以通過雌雄交配的方式繁育后代；可當環境變得適宜的時候，它們可以通過簡單的孤雌生殖，克隆出自己的“子女”。

20世紀60年代，研究人員相繼發現，家蠶、竹節蟲、毒蛾、枯葉蝶、黃瓜和番茄等生物中也存在孤雌生殖現象。

最初，人們以為這類“奇葩”的繁殖現象只會出現在植物和一些低等動物身上，但事實并非如此。

1981年，美國科學家通過物理脈沖的方法刺激蛙的卵細胞，結果這些被人工處理的蛙卵就像被事先設定好程序一樣，發育成一個個小蝌蚪。2001年，美國內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，這頭母鯊一直單獨生活在水池中，身邊從未有雄鯊的出現，怎么就能產下幼仔呢？科學家采用了先進的DNA指紋技術進行比對后吃驚地發現，“鯊寶寶”中的DNA與母鯊的相似度高達100%，且沒有來自父親的遺傳物質。換句話說，父親根本不存在。這就說明，即便像鯊魚這樣的高等生物，也同樣存在孤雌生殖現象。

過去，科學家普遍認為，高等生物都是通過有性生殖的方式產生后代的，雌雄個體通過基因重組和基因互換作用產生的生殖細胞具有廣泛變異，能夠明顯增加后代適應環境的能力，只有低等生物才直接由母體產生后代。然而，在鯊魚和青蛙這類比較高等的生物中的發現引起了人們對孤雌生殖的認真思考，為什么孤雌生殖能夠出現在眾多生物中？

科學家認為，有性生殖雖然能夠增強后代適應環境的能力，但是很多生物在求偶、交配和哺育后代的過程中都要耗費大量心血和能量。一些蛾蝶在發情期時通過絢麗的顏色來吸引異性，也有一些鳥類和鯨類在發情期時會借助動聽的“歌聲”吸引性伴侶；但不論美麗的顏色還是悅耳的聲音，在吸引異性的同時也會招引天敵的捕食，所以，這種有性生殖的方式無疑增加了生存的風險。如果生物可以不經雌雄交配而是直接產生后代，無論是從安全性還是從實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體就極少，例如竹節蟲和粉虱，除了少數幸運的雌性可以把自己“嫁出去”外，大多數都是“剩女”，那就索性不“結婚”生孩子吧。因此，目前大多數的科學家都認為，自然界中的假減數分裂和孤雌生殖現象是某些生物對環境的一種適應，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，假減數分裂和孤雌生殖都是一種正常現象，自然界里從低等生物的昆蟲、黃瓜到高等生物中的青蛙、鯊魚都能在特定時期進行這種特殊的生殖行為，那么，我們人類可不可以？

我們知道，人的性別是由XY染色體決定的。Y染色體上有一個性別決定基因SRY，該基因一旦缺失，將導致男性的睪丸不能發育。因此，Y染色體對男性特別重要，是男性的“標配”。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染色體會比X染色體小這么多呢？科學表明，生活在數百萬年前的早期人類，其X和Y染色體的大小基本相等，這兩條染色體上各有1000多個等位基因；但是，在人類漫長的進化歷程中，Y染色體不斷衰退，變得越來越小，今天男性的Y染色體上只剩下不到100個基因。更令人驚訝的是，英國生物學家研究發現，男性的Y染色體還在不斷減小。也許500萬年后，Y染色體就會消失……

那么，將來的人類該怎樣進行種族繁衍呢？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，進化出一套假減數分裂的機制來延續自己的生命呢？凡此問題，都需要我們不斷進行研究與探索。