從孤雌生殖看生物進化

1、從孤雌生殖看生物進化#,過程裝備與控制工程，#摘要：生殖是生物的必備技能，在有性生殖和無性生殖中有一種特殊的生殖方式兼有二者 特點，它就是孤雌生殖。本文從孤雌生殖的定義入手，列舉了一系列孤雌生殖的實例。并結(jié) 合孤雌生殖的人工實現(xiàn)對其對于生物進化的意義做了簡要分析。關(guān)鍵詞：孤雌生殖人工實現(xiàn)生物進化biological evolution seen from parthenogenesisabstract: reproduction is an essential skill of creatures.there is a special way possessing characteristic

2、s of both asexual and sexual reproduction, which is parthenogenesis. this article starts from the definition of parthenogenesis, giving examples of a series of parthenogenesis and makes a brief analysis of the meaning of biological evolution combined with the artificial realization of parthenogenesi

3、skeywords: parthenogenesis, artificial realization, biological evolution豐富多彩的生物造就了我們生活的 這個大千世界，世界的發(fā)展也離不開生物 生生不息地繁衍。新陳代謝是生物的基本 特征，而我們平常區(qū)別生物與非生物的另 一個要點即是否具有繁殖能力。所謂的繁 殖，是生物為延續(xù)種族所進行的產(chǎn)生后代 的生理過程，即生物產(chǎn)生新個體的過程。 古時候的人進行生殖崇拜，體現(xiàn)了對生物 界繁殖能力的一種贊美和向往。的確，生 殖是一種神奇的木領(lǐng)，是非生物所不具備 的技能，因為這個強大的技能，我們?nèi)祟?乃至整個生物界才能延續(xù)至今。1什么是孤雌生殖

4、生殖，是通過生物的方法制造生物個 體的過程，是所有生命都有的基木現(xiàn)象之 一，已知的生殖方法有兩大類，即有性生 殖和無性生殖。在我們所認(rèn)知的世界屮， 高等生物大多通過有性生殖產(chǎn)生后代，而 低等生物則偏向于進行無性生殖。一般來說，有性生殖是指山雌雄兩性 生殖細胞結(jié)合成受精卵而發(fā)育成新個體 的生殖方式，無性生殖則是只牽涉一個個 體，不通過兩性細胞結(jié)合而產(chǎn)生后代的生 殖方式。然而有一種獨特的生殖方式，只 牽涉一個親本個體，但是它卻屬于有性生 殖的范疇，它就是孤雌生殖。孤雌生殖又稱為單性生殖，是指有性 生殖動物的卵子不經(jīng)過精子的受精作用 而被激活，并開始胚胎發(fā)育的生殖過程。 有發(fā)育學(xué)者給出過一個更嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?/p>

5、定義：無 須精子，一個卵即可以發(fā)育成胚，而不管 這個胚是否能發(fā)育成個體。2孤雌生殖現(xiàn)象的舉例在自然界屮，孤雌生殖的現(xiàn)彖在無脊 椎動物中較為常見。最廣為人知的孤雌牛殖動物莫過于 蜜蜂和螞蟻。蜂后通過孤雌牛殖繁殖單倍 體生物雄蜂，而通過受精卵來繁殖無生育 能力的雌蜂一一工蜂，和新蜂后。與蜜蜂 相反，蟻后通過孤雌生殖來繁育新蟻后， 受精卵則發(fā)育成不育的工蟻和雄蟻。除了這兩種生物，孤雌生殖現(xiàn)象還發(fā) 生在很多牛物身上，其中繁殖模式最復(fù)雜 的便是酚蟲。酚蟲在夏季的良好環(huán)境下以 孤雌牛殖的方式增加其數(shù)量，而在寒冷的 秋、冬季節(jié)則以受精卵方式來增殖，具體 細節(jié)比較復(fù)雜，在此不予討論。再比如蝗 蟲，有些種類也能

6、進行孤雌生殖，產(chǎn)下的 后代均為雌性，并繼續(xù)進行孤雌生殖，這 便是蝗蟲猖獗，經(jīng)常發(fā)生蝗災(zāi)的一個重要 因素。對這些無脊椎動物來說，孤雌牛殖是 一種維持種群的繁殖方式。在脊椎動物如 魚類、兩棲類、爬行類及鳥類中，孤雌生 殖現(xiàn)象也存在，但并不多，自然狀況下哺 乳動物的孤雌生殖現(xiàn)象更是從未見報?？?過98版哥斯拉的人可能會注意到， 電影中怪獸哥斯拉被設(shè)定的生殖方式為 孤雌生殖，也許有人會覺得兩性交配、陰 陽調(diào)和無比正常，那這個設(shè)定是什么情況, 難道是主創(chuàng)腦洞開太大？事實上，這一設(shè) 定借鑒了現(xiàn)實生活中一種和哥斯拉比較 類似的生物的生殖方式，那就是全世界最 大的蜥蜴，科莫多龍。2006年，英國生物界證實了一

7、個重大 發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)存最大的陸地爬行動物科莫多巨 蜥競?cè)贿M行孤雌生殖。這也解釋了長久以 來困擾科學(xué)家們的一個問題一一科莫多 巨蜥的雄性與雌性比例并不是1,而是4： 3。爬行類動物與人類的性染色體組成 不同，為wz體系，其屮wz為雌性，zz 為雄性，ww不能存活。所以雌龍孤雌生 殖的產(chǎn)物要么是zz,要么是ww,所以后 代全部為雄性。3孤雌生殖的進行機制眾所周知，我們?nèi)祟惖恼Q生離不開精 子和卵子的結(jié)合。當(dāng)卵原細胞發(fā)育到一定 階段以后，精子進入卵細胞，染色體數(shù)目 加倍，并啟動卵細胞的再次分裂機制，從 而形成胚胎。那么如果只有雌性，未受精 的卵細胞如何發(fā)育成胚胎呢？科學(xué)家已 經(jīng)初步揭示出了孤雌生殖的細胞學(xué)

8、機制， 未受精卵大致有三種發(fā)育途徑。1）減數(shù)分裂后，單倍體的卵細 胞直接發(fā)育為成體，例如雄蜂。2）減數(shù)分裂后，以自合的方式 恢復(fù)染色體的兩倍數(shù)，這種方式又可 分為三種情況：第一種，如果在第一次減數(shù)分裂 的時候，發(fā)生極體核與卵核的合并， 由此細胞發(fā)育成二倍體后代。此類后 代的遺傳物質(zhì)與母本完全相同，相當(dāng) 于母體的“克隆”。例如亞馬遜螞蟻。第二種，卵原細胞在進行減數(shù)第 一次分裂時正常分裂，但不進行減數(shù) 第二次分裂，最后形成了一個極體和 一個“雙套卵”。它攜帶有母體的全 套遺傳物質(zhì)，可以獨立地發(fā)育為個體。 此類后代遺傳物質(zhì)與母本不完全相同o 第三種，卵原細胞止常進行了第 一次減數(shù)分裂，產(chǎn)生三個極體和

9、一個 卵細胞，任意兩個極體間發(fā)生了融合 形成了 “受精卵”。3）卵原細胞不經(jīng)過減數(shù)分裂， 保持兩倍染色體，因而無需通過受精 恢復(fù)其染色體倍數(shù)。對于這些不同的發(fā)育途徑，科學(xué)家只 是探明了個人概，其背后的形成機制還沒 有被揭示出來，正等待著被進一步探索。4孤雌生殖的類型1）偶發(fā)性孤雌生殖：偶發(fā)性孤雌生 殖是指某些昆蟲在正常情況下行兩性生 殖，但雌成蟲偶爾產(chǎn)出的未受精卵也能發(fā) 育成新個體的現(xiàn)象。常見的如家蠶、一些 毒蛾和枯葉蛾等。2）恒定性孤雌生殖：恒定性孤雌生 殖也稱永久性孤雌生殖。這種生殖方式在 某些動物中經(jīng)常出現(xiàn)，而被視為正常的牛 殖現(xiàn)象?？煞譃閮煞N情況: 在膜翅目的蜜蜂和小蜂總科 的一些種類

10、中，雌成蟲產(chǎn)下的卵有受精卵 和未受精卵兩種，前者發(fā)育成雌蟲，后者 發(fā)育成雄蟲。 有的昆蟲在自然情況下，雄蟲 極少，其至尚未發(fā)現(xiàn)雄蟲，兒乎或完全行 孤雌生殖，如日本棘竹節(jié)蟲。3）周期性孤雌生殖：周期性孤雌生 殖也稱循壞性孤雌牛殖。動物通常在進行 1次或多次孤雌生殖后，再進行1次兩性 生殖。這種以兩性生殖與孤雌生殖交替的 方式繁殖后代的現(xiàn)象，稱為異型世代交替 或世代交替,如酚蟲。5孤雌生殖的起源及意義兩性生殖雖然大有好處，但是也存在 許多問題。比如求偶上的障礙，性交的麻 煩與生殖所需的大量能量。所以一些會“偷懶”的生物開始采取單性生殖的措施。 生物們存在著巨大的“退化驅(qū)動力”，只 要環(huán)境允許，能懶

11、則懶，能不通過兩性交 配就完成繁衍后代的任務(wù)就盡量自己完 成。能進行孤雌生殖的個體在一些特殊壞 境中，例如孤島和荒漠，表現(xiàn)出比兩性生 殖個體更強的適應(yīng)性。很多地理性的孤雌 生殖起源是在自然環(huán)境的選擇圧力下驅(qū) 動的結(jié)果，單性生殖的個體逐漸適應(yīng)環(huán)境 并完善了相應(yīng)的細胞機制，最終形成了獨 立的孤雌生殖種。自然界屮絕人多數(shù)生物都釆取兩性 生殖的方式繁衍后代，理論上講，孤雌生 殖的物種會進入進化的死胡同，因為無法 有效進行基因交流。然而事實并非如此， 許多孤雌生殖的物種都能成功地保持下 來，并且其遺傳多樣性，萇至基因重組率 并未大幅度降低，仍以一定的速度在進化。 14孤雌生殖對于一些動物來說具有重 要意

12、義，比如蝗災(zāi)的難以控制，很大一部 分原因在于蝗蟲的孤雌生殖。只要一只雌 蟲傳播到某地，就能獨立完成繁殖建立種 群的任務(wù)，導(dǎo)致這種害蟲的擴散非常難以 控制。危害水稻的稻水彖甲也是如此。對人類來說，孤雌生殖雖然帶來不少 弊端，但仍具有不小的貢獻。在育種方面， 不論是植物還是動物，對于一個優(yōu)良甜種, 如果育成后能夠以孤雌生殖的方式產(chǎn)生 后代,那么其木身所具有的優(yōu)良品質(zhì)將能 永遠傳承下去，育種過程將大大簡化，不 需要再進行繁雜的制種、提純工作。利用 孤雌生殖可以加快育種進程，固定雜種優(yōu) 勢。因此，科學(xué)家們已經(jīng)把孤雌生殖產(chǎn)生 機制作為一個培育和改進現(xiàn)有良種的工 具，在育種上實現(xiàn)革命性突破。6孤雌生殖的人

13、工實現(xiàn)對孤雌生殖機制的探索幫助人類對 卵子活化的各個過程(如皮質(zhì)反應(yīng)、減數(shù)分 裂的恢復(fù)和發(fā)育到第i次卵裂過程)有了進 一步了解，對哺乳動物卵激活過程的信號 偶聯(lián)過程、細胞周期阻滯的恢復(fù)、受精機 制和發(fā)育機理有了更深層的認(rèn)識。再加上 孤雌生殖對育種的意義，于是人類開始對 孤雌生殖的人工實現(xiàn)做探究。事實證叨， 孤雌生殖甚至是哺乳動物的孤雌生殖是 可以人工實現(xiàn)的。2004年，東京農(nóng)業(yè)大學(xué) 的科學(xué)家用孤雌生殖的方法產(chǎn)生出一只 叫輝夜姬的小鼠，它的遺傳物質(zhì)來自兩只 雌性小鼠，可以說是有母無父。孤雌牛殖的實現(xiàn)主要依賴于卵母細 胞的人工激活，目前己知的方法主要為化 學(xué)和物理方法。包括乙醇處理、改變溫度 和滲

14、透壓、機械刺激、鈣離子載體a23187 處理、透明質(zhì)酸酶處理、氯化鋰處理、電 刺激及蛋白質(zhì)合成抑制劑處理等。其中最 常用的是乙醇、電刺激及蛋白質(zhì)合成抑制 劑。通過一系列人工方法，可以模擬卵細 胞受精時鈣離子濃度節(jié)律性脈沖升高的 過程，即可復(fù)制出正常受精過程的一系列 反應(yīng)和變化，使卵母細胞從休止期狀態(tài)解 脫岀來，恢復(fù)第二次成熟分裂。7結(jié)語孤雌生殖是一種特殊的生殖方式，是 生物長期生存斗爭的適應(yīng)性結(jié)果。生物們 經(jīng)過長時間的摸索，發(fā)展岀兩性生殖與單 性生殖相結(jié)合的生殖方式，在不同的環(huán)境 中用不同的方式繁衍后代，并把這i特殊 技能世世代代傳承下去，使種族能更廣泛 地適應(yīng)生活環(huán)境，這正是進化的表現(xiàn)。其 中的奧秘仍未被揭示，這便是自然的神奇 所在。參考文獻：1 王成業(yè).昆蟲孤雌生殖起源的