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动物界的雌雄同体 是遗传失误还是繁衍策略

来源:科技日报

作者:

2020-04-28 18:33:04

繁殖是生物最基本的特征。一般来说,动物的性别通常分为雌雄两种形态和两个不同个体,但也有例外。

国际期刊《膜翅目研究杂志》近日报道,美国康奈尔大学昆虫学家艾琳·克里奇尔斯基带领研究人员,在一种原产于南美洲的夜间蜜蜂中,发现了第一只活的雌雄同体蜜蜂。引起人们的高度关注。

生物界雌雄同体现象很普遍

新发现的这只雌雄同体蜜蜂,左侧身体是雄性,有一个小巧精致的下颚、一根长长的触角,还有一条细细的后腿,上面有几根刚毛,而它的右侧身体则是雌性特征——较短的触角、形状分明的齿状下颌骨,以及厚实多毛的后腿。

什么是雌雄同体?中科院西双版纳热带植物园研究员、云南省昆虫学会理事长杨大荣向科技日报记者介绍,在动物界,雌雄同体是在一个动物体中雌性、雄性性状都明显的现象。雌雄同体生物拥有雌性及雄性的生殖器官,能同时制造精子及卵子。

事实上,雌雄同体并不是新鲜事。这种现象在昆虫、蜗牛、贝类、蚯蚓、水母、乌贼、珊瑚、线虫等无脊椎动物中最常见。研究人员已经在至少140种蜜蜂、蝴蝶和甲壳类动物身上发现了雌雄同体现象。

大部分雌雄同体的无脊椎动物,它们体内雌雄两种染色体杂乱地混合在一起。可以根据繁殖或环境需要,让自身的卵子和精子结合,自我繁殖后代,其后代不同个体具有雄性或雌性性功能,能繁殖正常的后代。

虽然雌雄同体的动物自身就有两性的生殖器官,但是并不是所有的雌雄同体动物都可以自己繁殖,比如蚯蚓。蚯蚓是一种常见的雌雄同体动物,但是,它的雌性生殖器官与雄性生殖器官的距离较远,无法自己繁殖后代,所以也得通过交配来完成生殖。

内因外因共同造就这一现象

决定哺乳动物性别特征的是激素。在胚胎发育的某个阶段,基因会“指挥”一组细胞发育成卵巢或者睾丸,开始分泌雌性或者雄性激素。如果细胞接触到的雄性激素占压倒性优势,就会向雄性化的方向发展;而如果细胞接触到的雌性激素占压倒性的优势,就会向雌性化的方向发展。

但对于鸟类或更低等的脊椎动物来说,性别却并不只由性腺决定。科学家们发现,在雌雄同体的鸡体内,既有带有雄性染色体ZZ的细胞,也有带雌性染色体ZW的细胞,其整个身体也被分成了两种不同形态——有大量ZW雌性细胞的一侧,有较弱的肌肉骨骼和较小的肉垂;有大量ZZ雄性细胞的另一侧,则有较大的肉垂、强大的胸肌和较重的骨骼。

这证实了决定鸟类性别特征的应当是细胞包含的基因,而非激素的影响。而一些鸡因为胚胎发育过程中的异常融合现象,身上具有两种基因,因此出现了雌雄同体现象。

“蜜蜂是我国5000多年前就开始人工驯化饲养的动物,人类对其雌雄同体的认识也非常悠久。”杨大荣说。

艾琳·克里奇尔斯基的团队在论文中引用了2018年的一项研究结果认为,包括蜜蜂、蚂蚁和黄蜂在内的膜翅目昆虫决定性别的方式非常奇特。卵子受精了,生出来的是雌性;卵子未受精,则生出来的是雄性。但如果有第二、甚至第三个精子进入一个受精卵即雌性胚胎中,那就会进一步分裂产生雄性组织,从而出现雌雄同体。

“昆虫等无脊椎动物雌雄同体的产生,由内因和外因两种因素影响而形成,一部分是由于性染色体混乱,而另一部分则缘于环境的胁迫。”杨大荣举例说,当食物缺少、环境恶劣时,蚜虫、介壳虫就会产卵,让幼虫以蛹态度过寒冷的冬季或酷热的夏天,而幼虫长大后大部分则形成有翅成虫,迁飞到适合的地方繁殖。迁飞过程中,若无法找到其他个体交配时,其体内的雌性和雄性功能就会同时发挥作用,繁殖出一批雌雄性比例1∶1的个体,进行正常交配,实现短期大量繁殖正常后代。所以,昆虫类产生的雌雄同体是它们的一种生存策略,对其的繁殖是有利的。

一些生物学家认为,性腺在两个完全相反的个体中分离,表明演化发展越过了雌雄同体阶段;相反,另一些人认为,这种分离状态是原始的,雌雄同体是进步状态。但不管怎么说这两种生殖方式实际上是共存的,两者都顺利完成了物种的延续。

近年,也有不少研究将造成这种“偶然”的矛头指向环境污染和化学制剂胁迫,鱼类受到的污染首当其冲,杀虫剂也让甘蔗蟾蜍变成雌雄同体。在一份涉及全球250多个学科的报告中,科学家们认为,包括多骨鱼、两栖类、爬行类、鸟及哺乳动物等几大类别中,每种雄性动物都受环境中化学物质的胁迫,很多雄性脊椎动物雌性化已相当普遍。

[责任编辑:杨凡、赵宇光]

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