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Friday, December 13, 2013

動物的孤雌生殖(Parthenogenesis)

如果您喜歡這篇文章,請至下列網頁按〝like〞,以後就可以較快得知此部落格的新動態。 謝謝!   - August 14, 2018  facebook.com/gliding.cloud 



相信有不少朋友從宗教故事或神話傳說中,聽說過「孤雌生殖」這件事。單性生殖在植物界、細菌類、和藻菌類中並不罕見,可是在動物界、特別是在結構較複雜的動物裡、也可以持續自然存在嗎?

答案是:「雖然不常見,但是可以持續自然存在,而且是可以繁衍下去的。」

動物的單性生殖,其實都是雌性生殖,其中又分成兩大類。第一類是整個生殖過程都不需要雄性的參與,被稱為Parthenogenesis(孤雌生殖)。第二類則是卵子還是需要精子結合的刺激,才能開始增殖,可是精子中的染色體,不會被加到後代的遺傳物質中。這一類被稱為 Gynogenesis,我自己把它暫時翻譯成「雌性遺傳生殖」。

(「Gyno-」是希臘文中「女性」的字根,醫學裡的「婦科」就叫做「gynecology」。「genesis」是希臘文中「產生」的意思,舊約聖經裡的「創世紀」一書,就被翻譯成「Genesis」。而「Partheno-」則是希臘文中「處女」的字根,像雅典城著名的「帕德嫩神廟」,希臘文就是「Parthenon」,因為古希臘人相信女神「雅典娜」是處女。)

動物的單性生殖情況,在不同類動物裡各不相同,所以須要分別討論。

在昆蟲綱裡,孤雌生殖現象存在於某些種類的蚜蟲、螞蟻,蜜蜂、黃蜂、和薊馬。譬如說:工蟻和工蜂通常是從受精卵發育出來的,未受精卵只會發育成雄蟻和雄蜂。可是有不少種螞蟻和少數幾種蜜蜂,被發現未受精卵也可以發育成工蟻和工蜂,甚至發育成蟻后和蜂后。

 
在蜘蛛目當中,絕大部分的物種都行有性生殖。可是有兩個卵蛛科 Oonopidae)裡的物種,被發現進行孤雌生殖。

輪形動物門包括了一千多種生活在淡水中的微型動物,其中也有兩個物種,被發現進行孤雌生殖。

腹足綱中有三種蝸牛或螺類被發現進行孤雌生殖。其中一種也產於台灣,被稱為「瘤蜷」。(學名:Tarebia granifera

       孤雌生殖被發現最多物種的,在爬蟲綱的有鱗目(Squamata,包括了蜥蝪和蛇類。)當中。譬如說:壁虎科當中,就有6個物種有孤雌生殖的現象。產於美洲的一百多種Whiptail Lizard(鞭尾蜥蜴)當中,也有十幾種有孤雌生殖的現象。產於歐亞的「正蜥科」當中,也至少有8種有孤雌生殖的現象。產於美洲的「Tropical Night Lizard」(熱帶夜蜥)當中,也有兩種有孤雌生殖的現象。即使在巨蜥科當中,也有幾種能行孤雌生殖,例如體型最大的「Komodo dragon」(科摩多巨蜥)和另外一種叫做「Argus Monitor」的巨蜥。在不少孤雌生殖的蜥蝪當中,存在著一種有趣的現象,那就是雌蜥蝪與雌蜥蝪之間的「假交配」行為。在同一群雌蜥蝪當中,每個個體的產卵時間並不會相同。而不到產卵時間的雌蜥蝪,會爬到適值產卵時間的雌蜥蝪身上,進行類似雌雄性交的行為。隔一段時間後,角色會交換。從此看來,這些蜥蝪的孤雌生殖,可能是有性生殖的孑遺現象。而科學家猜測:這種「假交配」的行為,可以增加蜥蝪體內賀爾蒙的起伏,有利於生產,因而在演化的過程中,被保留了下來。

有鱗目也包括蛇類。 在蛇類當中,產於印度的小型「鉤盲蛇」有持續的孤雌生殖現象。另外,幾種大型的蛇類,也被觀察到有孤雌生殖的現象,這包括了第二名最大型蛇類的「緬甸蟒」、第三名最大型蛇類和第一名最長蛇類的「網紋蟒」、第一名最毒蛇類的澳洲「Common Death Adder死亡蛇)、第三名最毒蛇類的澳洲「Coastal Taipan Snake」(太攀蛇),以及兩種南美洲的紅尾蚺,和兩種北美洲的蝮蛇。不過這些大蛇的例子當中,常常孤雌生殖所產生的卵,孵化率低,所以有些科學家認為它們還是「偶發性」的孤雌生殖,還沒有演化成可以持續的孤雌生殖。

            在兩棲動物當中,有幾種蠑螈和青蛙進行孤雌生殖,譬如說鈍口螈和歐洲水蛙。有趣的是:它們都是物種雜交的後代,還經常帶有三套以上的染色體。在其他孤雌生殖動物裡,三套以上的染色體並沒有這麼普遍。

            在魚類當中,軟骨魚類比較有孤雌生殖的存在。至少有三種鯊魚和一種sawfish(鋸鰩),被觀察到有孤雌生殖的現象。在硬骨魚類裡,就只有一種 Molly (花鱂),被觀察到有上述的「雌性遺傳生殖」的現象。

            在鳥類當中,被圈養的雞、火雞、和鴿子,都會不經交配就產卵。不過大家都很熟悉,這些蛋無法孵出下一代來。

            在哺乳類當中,還沒有發現自然發生的孤雌生殖。不過孤雌生殖是可以在實驗室,經由人工誘導而發生。

            從上面的資料,可以看出:動物的演化,是一面倒地偏好有性生殖,不過自然的孤雌生殖,不是不可能的。

            上面所提的孤雌生殖例子,除了經由觀察個體的性活動之外,科學家還常會經由染色體的檢驗,來確認是孤雌生殖。

除了雄蟻和雄蜂這些少數例子之外,動物胚胎通常需要兩套染色體,才能正常地發育出後代。但是一般卵子在減數分裂之後,只剩下一套染色體。所以進行孤雌生殖的一個門檻,是如何讓未受精的卵子,擁有兩套染色體? 在從事孤雌生殖的個體中,有兩種機制可以達到這個結果。第一種機制,就是在減數分裂之前,先讓染色體加倍。這樣一來減數分裂之後,卵子就會有兩套染色體。第二種機制,是在正常的減數分裂過程中,會產生一些被稱為「polar body」的不完全卵子。孤雌生殖個體的健康卵子,就可以去和這些 polar body 結合,而得到另外一套染色體。



           通常卵子需要有被精子穿刺的刺激,才會開始分裂增殖成胚胎。所以進行孤雌生殖的另一個門檻,是如何在沒有被精子穿刺的刺激之下,開始分裂增殖成胚胎呢? 科學家在對這個課題從事研究之後,發現被精子穿刺的刺激,和卵子的鈣循環很有關係。所以後來在實驗室進行的人工孤雌生殖,常常使用類似的細胞刺激。

            有些朋友會問說:既然在自然界裡,孤雌生殖幾乎不存在於哺乳動物,更不必提人類了。那孤雌生殖這個現象,和人類的福祇又有什麼關係呢? 答案是:在實驗室裡,孤雌生殖還是比生物複製(cloning)來得單純一些。Cloning 需要把細胞核移植到一個新的去核細胞裡去,但是孤雌生殖則完全在原來自身的細胞中完成。(如果連帶考慮 Epigenetics,那孤雌生殖就更單純了。請參見拙文「染色體遺傳資訊表現過程的奧秘」: http://dison-kuo.blogspot.com/2013/12/blog-post_17.html )而孤雌生殖所產生的幹細胞,和母體的遺傳特性還是可以完全一樣,能夠用來治療母體的許多疾病,而不會產生排斥作用,這對母體是很好的禮物。2004年有一位南韓的科學家,發表文章號稱經由Cloning而產生人類的幹細胞,但是隨即承認造假。後來別的研究人員去檢查他的實驗,發現他所得到的幹細胞,其實是經由人工的孤雌生殖而產生的。換句話說,他無意中為人類幹細胞的生產技術,推進了一大步。也因此,女性同胞們數十萬年來負擔了族群懷孕生產的大任,終於可以有所回報了。

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