中国科学院动物研究所

娃它爹?不需要!动物世界里的“女儿国”

“圣僧拜佛到西梁,国内衠阴世少阳。农士工商皆女辈,渔樵耕牧尽红妆。”这是《西游记》中唐三藏师徒经过西梁女国时遇到的场景。那么现实中有没有这样的“女儿国”呢?

这里我们首先要对“女儿国”定个标准,要符合两点:其一,“国中”都是女性;其二,这些女性不需要异性一样可以繁殖后代,如果不能如此国就难以为继。

在人类中完全符合这两点的没有,不过动物界的孤雌生殖就完全符合“女儿国”的标准!

什么是孤雌生殖?

孤雌生殖是自然界中存在的一种的生殖现象,指的是动植物的卵子不需要受精过程,就能单独发育成后代的生殖方式。

那么孤雌生殖是否就一定排除异性呢?

在《西游记》中,女儿国开国那么久,不需男性也能繁衍,为何女王对唐三藏动心呢?

其实,对于大多数可以孤雌生殖的动物来说,它们并非“不近男色”,如果有雄性个体存在,它们会选择有性生殖。也就是说,在它们的世界中,男性可有可无,真正实现那句话“没有男人,照样生娃”。

现在笔者就带大家去动物世界中的“女儿国”游历一番吧!

工蜂:生子并非为了传宗接代

最为人知的孤雌生殖的动物就是蜜蜂。蜜蜂群体是一个神秘的组织,一个蜂巢成员大致分为:蜂后、雄蜂、工蜂。它们各司其职,有组织、有纪律。

在蜂群中,蜂后的地位最高,它的主要任务是生育,每天可产2000粒卵。蜂后虽然也与雄蜂交配,但是却能产下受精和非受精两种卵,前者发育成蜂后或者工蜂(由喂养幼虫的不同食物决定),后者则发育成雄蜂。

蜂群只有在每年的固定时期内才培育少数雄蜂,它们的存在只是为了和蜂后交配,不做任何事情。

蜂群中数量最多的是工蜂,它们也是雌性,可是卵巢发育不健全,不能进行交配。

为了蜂群,工蜂辛苦劳作,却不能繁衍自己的后代。基因是自私的,繁衍自己后代是自然界每个生命体的最高使命,工蜂为何反其道而行之?

事情的真相是这样的:蜜蜂通过社会化分工协作,能够大幅提高幼虫的生存率,和单独筑巢的雌蜂相比,蜂群中的工蜂通过提高自己“胞弟妹”生存率来提高自身基因的遗传率。

以一种名为“盐川小花蜂”的蜜蜂为例,它们的群体中一部分雌蜂有单独筑巢的特性。不同的组织形式,造就了它们不同的命运。在蜜蜂集体生活的蜂巢中,幼虫生存率达到约90%,是雌蜂单独筑巢时的9倍左右。雌蜂单独筑巢的情况下,在成虫出外觅食时幼虫得不到照管,可能被其他动物捕食,生存率大幅下降。因此与蜂后合作的雌蜂(工蜂),虽然付出了没有直接繁殖后代的代价,但提高了自身“胞弟妹”的生存率,比起单独筑巢的同代雌蜂,大幅增加了传递给种群后代的基因量。

不过实际情况要复杂得多。下面的这个研究会让你大吃一惊。巴西科学家对45个蜂群中的近600个雄蜂进行了研究,通过了它们的基因型来查明它们的身世。结果表明,23%的雄蜂是工蜂的后代,而不是蜂后的。

工蜂一般情况下是不能够进行交配的,但是工蜂也能孤雌生殖,能够产生一些可以发育成雄蜂的非受精卵。为了确保自己的统治地位,蜂后通常会将它下属工蜂产下的非受精卵吃掉。可是有些时候,蜂后也会被欺骗。

这里的奥妙在于,工蜂产生自己的后代不是为了传递自己的基因。那23%的工蜂产子唯一益处就是能够延长它们的寿命3倍,这个寿命周期差不多跟蜂后的一样长。处于繁殖期的工蜂一般工作量比较低,也不会执行危险的任务,比如说寻找食物。它们是为了自己的利益而繁殖出下一代劳动力的。有了新生代的劳动力可以代替自己承担工作,这些工蜂们就可以过上轻松的生活。

蟑螂:没有雄性照样横扫全球

蟑螂君被称为打不死的小强,它们的强悍超乎你想象。日本科学家研究发现,只要三只以上的雌性蟑螂生活在一起,它们就可以通过孤雌繁殖的方式快速生产后代,整个过程完全不需要雄性的参与。即便是你把全世界的雄蟑螂全部干掉,人家蟑螂君依旧可以生生不息。

为了证明雌蟑螂孤雌生殖的能力,日本科学家做了下面一个实验:

雌性蟑螂只通过孤雌生殖也可以维持它们的种群,但是有条件的话,它们还是乐意和夫君行周公之礼的。因为,孤雌生殖产生的卵鞘的孵化率比有性生殖产生的卵鞘的孵化率低。雌蟑螂的强悍之处在于,只要和夫君行一次“周公之礼”,就可以子孙满堂,终生产出受精卵。

新螯虾:“女儿国”也能人造!

有时,“女儿国”的产生也是人类无心插柳的结果。

上世纪90年代中期,德国一家宠物圈将两只不同品种的虾放在一起饲养,结果两种虾共赴“巫山云雨”之后产生了爱的结晶——一个全新的品种。于是世界上出现了一种新螯虾,在科学家眼里完全是一个“黑户”,无名无姓,以前也没有发现过。

人们根据壳纹叫它“大理石纹螯虾”。德国柏林洪堡大学的动物学家格哈德·舒尔茨(GerhardScholtz)对此产生了好奇,他试着单独养了一只大理石纹螯虾。这只虾没有配偶,也没有藏着此前交配遗留下来的精囊,但它却不断产卵,并孵出后代。更为神奇的是,这些卵全部孵化出雌虾。后来,有人就建议把大理石纹螯虾命名为“处女螯虾”(Procambarusvirginalis)。2003年,舒尔茨在《自然》上发表论文首次报告了这种螯虾。大理石纹螯虾长得快、长得大、生得多,短短几年就扩散到了欧亚非三大洲的野外。

原来,大理石纹螯虾是两只不同品种的龙纹螯虾私交产生的“孽子”。关键是这个“孽子”,在基因组合的时候出了点意外,形成独特的AA'B基因型。两只不同产地的美国龙纹螯虾A与B产下的后代按说应该是AB。而不知是卵细胞还是精细胞出错,不慎多保留了一组A染色体,于是AB结合后就诞生了一只AA'B三倍体螯虾。而产地不同导致A与B的基因差异较大,于是这只三倍体螯虾自带杂种优势,个大能生,能适应各种环境。

很多动物也会杂交产生后代,比如驴和马产下骡子,但是骡子不能产生下一代,因此影响就在可控的范围内。而大理石纹螯虾可怕之处在于它还具备了孤雌繁殖功能,可以产下可孕的后代。

“女儿国”的喜与忧

问世间情为何物,直教人生死相许。在女儿国似乎不需要为爱困扰,岂不快哉?同样,孤雌生殖也有诸多的好处。对比两性生殖,美国生物学家木小衲博士(密苏里科技大学副教授)总结了孤雌生殖的好处:

孤雌生殖可以节省能量。谈情说爱,浪漫是浪漫,可是废时、烧钱。而孤雌生殖,就可以省下谈情说爱能量。

无性生殖可以减少交配中被捕食物的几率。许多动物交配中,疏于对天敌的防范,增加被捕杀的几率。也就是裴多菲所谓的“生命诚可贵,爱情价更高。”

交配行为会增加感染疾病的机会,很多微生物会随之而入。诸如人类的艾滋病,梅毒,而孤雌生殖就没有这个烦恼。

生得多,快速占领地盘。孤雌生殖可以保证了种群中个体数量的快速增加,更快速占领新的栖息地。如果所有的条件都相同,那么孤雌的后代数量会比有性生殖多。

既然无性生殖有如此巨大的好处,为什么还要搞出这么多痴男怨女?

凡事有利就有弊!孤雌生殖有诸多优点,却存在两大缺点:

1缺少基因多样性。物种繁衍如投资,不能把鸡蛋都放在一个篮子里。所谓治世求稳,乱世求变。孤雌生殖,基因缺少多样性,赶上了盛世可以大赚一笔。相反,如果生在“乱世”,缺少变通可能导致全军覆没。越乱的环境,越需要有基因多样性,因为你不知道哪种基因是适合环境的,所以各种可能性都得试一试。有性生殖能够增加基因的多样性,父母的基因在孩子身上重新组合,互通有无,取长补短,有利于后代繁殖生存。

2孤雌生殖有害突变可能会不断累积,直致积重难返,产生所谓的“穆勒棘轮效应(Muller'sratchet)”。

所以,很多孤雌生殖的物种是两手抓策略:当环境比较好的时候,进行孤雌生殖。环境好且稳定,对基因多样性的要求就要低。如果环境变得险恶了,那么下一代就进行有性生殖了。

最后灌鸡汤一勺,孤雌生殖验证了两句话:

第一,没有男性,照样生娃;

第二,治世求稳,乱世求变。

参考文献:

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[3]Katoh,K.,Iwasaki,M.,Hosono,S.,Yoritsune,A.,Ochiai,M.,Mizunami,M.,&Nishino,H.(2017).Group-housedfemalespromoteproductionofasexualoothecainAmericancockroaches.Zoologicalletters,3(1),3.

[4]Scholtz,G.,Braband,A.,Tolley,L.,Reimann,A.,Mittmann,B.,Lukhaup,C.,...&Vogt,G.(2003).Ecology:Parthenogenesisinanoutsidercrayfish.Nature,421(6925),806.

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