孤雌生殖
孤雌生殖(Parthenogenesis)也称单性生殖,即卵不经过受精卵也能发育成正常新个体的现象。
孤雌生殖是一些动植物在长期演化过程中,对各种生活环境进化与适应的结果。它不仅能在短期内繁殖大量后代,在遇到恶劣环境条件而造成大量死亡时容易保留族而且对扩散蔓延起着重要的作用,是一种有利于种群生存延续的重要生物学特性。
研究历史
自然界里从低等生物的昆虫、黄瓜到高等生物中的青蛙、鲨鱼都能在特定时期进行这种特殊的生殖行为。
1835年,波兰一位资深的养蜂人齐从(Dzierzon)通过长期的观察发现,蜂王种产生的卵细胞可无需受精卵即发育成成年后代,之后在1849年欧文(Owen)首次提出孤雌生殖这一专业术语,称这种没有雄性参与,只由卵细胞产生胚胎或个体的繁殖方式为孤雌生殖。后来人们通过研究发现,除蜜蜂属外,其他生物也可发生“孤雌生殖”这种生殖方式来繁殖后代。如蚁后产的卵子若未经受精,就会发育成雄蚁。
除了蜜蜂和蚂蚁外,20世纪30年代,Pincus等采用改变温度和渗透压的方法激活兔卵,成功获得卵裂并最终获得家兔后代,但这一结果之后未能被重复。到了20世纪50年代,科学家发现蚜虫在气候恶劣的条件下可以通过雌雄交配的方式繁育后代;可当环境变得适宜的时候,也可以通过简单的孤雌生殖,克隆出自己的“子女”。
20世纪60年代,有相关研究人员相继发现,春蚕、竹节虫、毒蛾科、枯叶蛱蝶、黄瓜和番茄等生物中也存在孤雌生殖现象。后来随着人们的研究发现“孤雌生殖”这种繁殖现象不但会出现在植物和一些低等动物身上,亦可在一些高等生物中发生。
1981年,美国科学家通过物理脉冲的方法刺激蛙的卵细胞,结果这些被人工处理的蛙卵发育成一个个小蝌蚪。20世纪90年代初期,日本的铃木达行等人采用孤雌激活与早期胚胎相互嵌合的方法,发现可使重组的孤雌澈活牛胚胎附植,并最终在1999年获得犊牛。2001年,美国内布拉斯加州杜尔利海洋公园里一头成年的雌性双髻鲨科在单独生活的环境下生下了一头“鲨宝宝”。事后科学家采用DNA指纹技术比对后发现,“鲨宝宝”中的DNA与母鲨的相似度高达100%,且没有来自父亲的遗传物质。这就说明,即便像鲨鱼这样的高等生物,也同样存在孤雌生殖现象。
形成原因
有性生殖虽然能够增强后代适应环境的能力,但是很多生物在求偶、交配和哺育后代的过程中都要耗费大量心血和能量。如一些蛾蝶在发情期时通过绚丽的颜色来吸引异性,也有一些鸟类和鲸目在发情期时会借助动听的“歌声”吸引性伴侣;但不论美丽的颜色还是悦耳的声音,在吸引异性的同时也会招引天敌的捕食,增加生存的风险。另外有些昆虫种群本身雄性个体就极少,如竹节虫和粉虱等,很难满足有性生殖的需要。因此某些生物在长期演化的过程中,在自然选择的作用下促使某些基因不断变异、积累,最终在对各种生活环境进化与适应下产生了孤雌生殖现象。
孤雌生殖类型
发生几率划分
偶发性孤雌生殖
偶发性孤雌生殖(Sporadic Parthenogenesis)是指某些生物在正常情况下行两性生殖,但偶尔也可能产出未受精卵发育成新个体的现象。如常见的峨类和家蚕等就会有偶发性的孤雌生殖现象发生。
经常性孤雌生殖
经常性孤雌生殖(Constant Parthenogenesis)也称永久性孤雌生殖。这种生殖方式在某些昆虫中经常出现,而被视为正常的生殖现象。可分为两种情况:在膜翅目的蜜蜂属和小蜂总科的一些种类中,雌成虫产下的卵有受精卵和未受精卵卵两种,前者发育成雌虫,后者发育成雄虫。有的昆虫在自然情况下,雄虫极少,甚至尚未发现雄虫,几乎或完全行孤雌生殖,如一些竹节虫、粉風、蚊、萄马等。
周期性孤雌生殖
周期性孤雌生殖(Cyclical Parthenogenesis)也称循环性孤雌生殖。昆虫通常在进行1次或多次孤雌生殖后,再进行1次两性生殖。这种以两性生殖与孤雌生殖交替的方式繁殖后代的现象,又称为异态交替(Heterogeny)或世代交替(Alternation of Generations)。如棉蜓从春季到秋末,行孤雌生殖10—20余代,到秋末冬初则出现雌、雄两性个体,并交配产卵越冬。
新个体性别划分
产雌孤雌生殖
产雌孤雌生殖是生物只产生雌性个体的现象,如水蚤、蚜虫和萼花臂尾轮虫等。
产雄孤雌生殖
产雄孤雌生殖是只产生雄性个体的现象,如蜜蜂,蜂王(雌蜂)产生受精卵的和未受精的卵,由受精卵发育成雌性个体——蜂王和工蜂,由未受精卵发育成雄蜂。
发生地理划分
地理性孤雌生殖
地理性孤雌生殖是同一种生物,在甲地行孤雌生殖,而在另外一地却进行两性生殖。如银鲫(Carassius auratus Gibelio)在俄罗斯中部地带的行孤雌生殖,而在远东地带却进行两性受精生殖。
孤雌生殖优劣
优势
孤雌生殖是一些生物在长期演化过程中,对各种生活环境进化与适应的结果。孤雌生殖拥有较高的繁殖速度,能在短期内繁殖大量后代,在遇到恶劣环境条件而造成大量死亡时容易保留族而且对扩散蔓延起着重要的作用,因为即使只有一头雌虫偶然被带到新地区,它就有可能在这个地区繁衍下去。因此,孤雌生殖是一种有利于种群生存延续的重要生物学特性。
劣势
孤雌生殖的后代其遗传物质来自一个亲体,和两性生殖的后代相比,其生活力、繁殖力都较差,不利于种族的繁衍和进化,在生物自然界有很大的局限性。
孤雌生殖方式
自然界里从低等生物的昆虫、黄瓜到高等生物中的青蛙、鲨鱼都能在特定时期进行这种特殊的生殖行为。
而在自然环境的作用下,某些生物种类的雌性个体产生的卵细胞,可在不经受精作用的情况下就发育成新的个体,这种是其生活史的正常组成部分的生殖方式为天然孤雌生殖,这种现象在昆虫纲和甲壳亚门动物较为普遍,在软体动物门和棘皮动物中较少,在脊椎动物中比较少见。
另外人工方法也可以促使孤雌生殖的发生,主要可采用物理刺激、化学刺激和生理刺激等方法,物理刺激包括高温或低温处理、针刺、X射线与紫外线辐射、高渗透压和低渗透压、机械摩擦、振荡和电流刺激等;化学刺激包括酸(有机酸与无机酸)、碱、盐、三氯甲烷、二氧化碳、酶和激素等物质刺激;生理刺激包括缺氧、卵子过分成熟和异种精子刺激等方法。中国生物学家朱洗曾用带血细胞的针刺未受精卵的蛙卵或蟾蜍卵,引起孤雌生殖,而得到了没有外祖父的蟾蜍。