昆虫的无性生殖自然选择还是基因漂变？
2015-02-05 13:07:12   来源：乐天使平台网   评论：0 点击：

昆虫的无性生殖自然选择还是基因漂变？

    国外媒体报道，你能想象两只竹节虫交配的场景吗？图1显示了在美国奥斯汀麦金莱瀑布州立公园拍摄的自然摄影的杰作，当时摄影师认为自己拍摄到了某些非常罕见且壮观的场景。随后他意识到竹节虫能够像这样“配对”相当长时间，因此他可能只是目击这一过程的幸运者之一。

    虽然有些竹节虫会花费数天甚至数周时间进行交配，但其它物种会放弃这样的“私通”行为，选择无性繁殖的方式，而这一现象已经存在很长时间。在矮竹节虫（Timema）类属中，从有性繁殖到无性繁殖的转变已经独立发生了至少7次，最古老的无性繁殖物种出现在100万年前。加拿大和荷兰的一组科研小组旨在查明这些无性繁殖的昆虫是否会在有性繁殖交配中止后重新开始，还是它们已经丢失了必要的工具。这项研究被发表在《英国皇家学会会刊B辑》上。

    竹节虫成功的进行交配远比你想像的更复杂。除了产生和融合它们的配子，这些生物还必须能够坚持它们的求爱关系。雌性必须产生吸引雄性的信息素，而雄性必须腿部击打和触须摇摆以完成一段性感的舞蹈。为了测试这些技巧，研究人员将无性繁殖的雄性雌性物种与它们最亲近的有性繁殖物种，也被称为“姊妹物种”放在一起（试图让无性繁殖的昆虫与它们自身物种的其它成员相互交流完全是个失败）。

    无性繁殖是如何进行的？先从雄性开始，可能有人会有疑问，我们谈论的不是无性繁殖吗？雌性个体的卵子无需受精就能发育成成熟的竹节虫，因此它只包含来自母亲的基因物质，那么它们不应该都是雌性的吗？答案既是肯定的又是否定的。尽管它们采用的是无需精子的单性生殖，性确定染色体使得雄性个体仍然存在。与我们人类的XX/XY染色体系统有所不同，竹节虫只有一个性染色体X。雌性是两个性染色体，即XX，雄性则只有一个染色体，即XO。无性生殖的雌性个体在卵子发育过程中倘若意外丢失一个X染色体，就会产生雄性个体。无性生殖的雄性个体一般是意外产生的，非常罕见。这项研究搜集的5000个竹节虫中，只有7个是雄性个体。

竹节虫巧妙地伪装。

    当在野外环境里没有交配机会时，倘若雄性竹节虫有机会与自己的同性物种相互作用时，它能够很好地把握机会。它们的求爱舞非常棒，能够产生精子，并成功的产生几个后代，但与有性繁殖的雄性竹节虫相比，后代数量相对较少，但这并非是无性繁殖就会产生劣质精子的信号。杂交的后代往往比无性生殖产生的后代更加精密，因此无性生殖产生的受精卵的确处于劣势，但整体来说，并不是特别糟糕。

    从研究的各个方面看，在交配活动中，雌性的无性生殖都是一团糟。最开始，姐妹物种里的雄性个体并不认为它们具有任何吸引力。有性繁殖的雄性个体也不会被无性繁殖的雌性个体的信息素所吸引，即使两者直接接触，雄性也不会与雌性交配。为了确定这并不是自身物种的选择问题，研究小组将有性繁殖的雄性个体与不同物种的有性繁殖的雌性个体相配对，这些物种包括非常近的近亲到远亲。相较之下，无性繁殖的雌性个体受到的雄性个体的关注相对仍然非常有限。

    此外，无性生殖的雌性个体可能也会抵触靠近它们的任何雄性个体。虽然这种情况比较罕见，当交配发生时，无性生殖的雌性个体也不会利用对方的精子。对后代进行的基因分型显示，它们并不包含雄性DNA。

这项研究的竹节虫物种。例如图中的T. genevievae，它比公园里跳跃的其它竹节虫要更加健壮结实。

    两者之间还存在生理上的差异。无性生殖的雌性的碳氢化合物与有性繁殖的雌性有所不同，相对“多样化”。此外，无性生殖个体的受精囊（雌性个体里储存精子的器官），虽然保存完整并能够接受雄性个体的精子，但它们畸形，非常丑陋。

    为什么同是无性生殖，雄性和雌性会面临如此不同的命运？为什么雄性仍能保持他们的性能力，而雌性一旦丢失就永远失去了？具体的原因涉及多个因素，最有信服力的解释是，这是自然选择VS基因漂变的结果。

    雌性个体，作为无性生殖中将基因物质传递给下一代的唯一个体，受到了自然选择的影响。一旦它们放弃有性生殖，与之相关的特征就不再具有优势。事实上，它们可能变成不利条件。信息素这样的性信号不仅仅吸引交配，也会吸引捕食者的注意力。因此具有这些适应不良特性的雌性个体无法存活太长时间，也比先进的近亲产生的后代少。

    然而意外产生的雄性个体并不会受到自然选择的直接影响。如何成功的交配的信息持续存在于雌性个体的X染色体上，它对媒介物既无益又无害。这样中性的基因物质对个体的成功或者失败不会产生任何影响，也不会被自然选择或者淘汰。因此雄性个体解剖学和行为的改变并不是因为自然选择，而是基因漂变。基因漂变是指基因库意外发生的改变，且相对于自然选择，这是一个更加缓慢的过程。因此，无性生殖的雄性可能的确也在发生改变，但可能需要几百万年的时间才能察觉明显的变化。

来源：凤凰科技 北京时间 2013-07-12（编译/严炎刘星）