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美國魟魚疑似單性懷孕 自然界中「孤雌生殖」的超級媽媽
DQ地球圖輯隊
更新於 2 個月前

地球一瞬,世界各地正發生這些大小事。

註:本文為單一事件快訊報導,非深度文章

美國北卡羅來納州一間水族館中的魟魚夏洛特,長年生活在沒有雄性魟魚的環境中,最近突然懷孕了!

Photo: Aquarium & Shark Lab by Team ECCO

今年情人節前夕,位於美國的一間水族館,發生一起神秘的魟魚懷孕事件。魟魚懷孕不奇怪,奇怪的是,這隻雌魟魚長年在水族箱中生活,身邊沒有任何雄性魟魚,同個水缸中只有......幾隻鯊魚。

是母親自立自強,還是跨物種戀曲?

鐵鏽色、盤子大小的魟魚夏洛特(Charlotte),一生中大部分的時間,都在北卡羅來納州的ECCO團隊水族館與鯊魚研究室(Aquarium & Shark Lab by Team ECCO)的水族箱中滑行。

水族館的老闆提到,夏洛特平時與幾隻鯊魚生活在一起,至少有8年的時間,她都沒有和雄性魟魚同處一個水缸中。然而,水族館最近宣布,夏洛特目前已經懷孕,現在她的體內有多達4隻魟魚寶寶,可能會在接下來的2週內分娩。

這項驚人的消息引發各方的好奇與猜測。有些人提出,夏洛特可能是透過鯊魚懷孕,不過據美聯社、《富比士》雜誌等外媒採訪,許多學者都指出,鯊魚與魟魚的基因互不相容,兩者不可能產生後代。

加州州立大學長灘分校(California State University Long Beach)鯊魚實驗室的主任克里斯(Chris Lowe)進一步說明,夏洛特能夠懷孕,很可能是「孤雌生殖」(Parthenogenesis)的結果,意即雌性動物的卵子沒有經過受精,就單獨培育後代的單性生殖方式。

過去,科學家曾在數種動物身上觀察到孤雌生殖的案例,包括鯊魚、蟒蛇、鱷魚等;然而,這是首次在夏洛特所屬的物種——扁魟(Round stingray)身上發現這種現象。

不過,水族館方也指出,夏洛特身上有鯊魚交配時經常留下的咬傷痕跡,他們認為夏洛特仍有可能是透過鯊魚懷孕,過去沒有觀察到類似現象,不代表不可能發生,「科學就是發現。除此之外,我們都不清楚大海中正在發生哪些事,因為我們並非一直在那裡。」他們也表示,待夏洛特生產後,會再透過DNA檢測,確認魟魚寶寶的身世之謎。

沒有爸爸,照樣能生

對於自然界中的許多動物而言,沒有發生性行為就懷孕,並非《聖經》中記載的神蹟,而是經常發生的自然現象。近年,科學家在越來越多動物身上觀察到孤雌生殖的行為,包括多種昆蟲、無脊椎動物。

不過在脊椎動物中,孤雌生殖仍較為少見。到現在為止,科學家發現80多種脊椎動物曾有孤雌生殖的案例,包括魚類、兩生類、爬蟲類、和極少數鳥類。例如:2014年科學家首度發現網紋蟒透過孤雌生殖產下幼兒;2016年,一隻曾進行有性生殖的豹紋鯊,在長年獨居後出現孤雌生殖;去年,科學家也首度在鱷魚身上,發現一起單性生殖的案例。

目前,科學家對於孤雌生殖仍有許多謎團待解,包括這種狀況在自然界中的發生頻率、在那些條件下會發生,以及動物產生孤雌生殖時的生理變化等。

去年一篇研究指出,科學家首度在鱷魚身上發現了單性生殖案例。

Photo: Brad Carlson

加州神鷲:自己的族群,老娘自己救!

另一個著名的孤雌生殖案例為加州神鷲。加州神鷲為瀕危物種,1980年代時,世界上曾只剩下20多隻加州神鷲,透過國家主導的復育計畫,才使族群數量增長至500多隻。

2013年,研究員為加州神鷲進行例行基因檢查時,驚訝地發現有兩隻幼雛身上只帶有母鳥的基因,並確認與圈養計畫中其他的雄鳥的DNA都不相符。這除了是首度在加州神鷲身上發現孤雌生殖,也是人類首次觀察到,在環境中有其他雄性可進行交配的前提下,鳥類仍可能進行孤雌生殖。

瀕危的加州神鷲也曾出現孤雌生殖的案例。

Photo: Joe Lewis

當時聖地牙哥動物園野生動物聯盟(San Diego Zoo Wildlife Alliance)的保育遺傳學主任萊德(Oliver Ryder)提到,通常,在族群中能孕育後代的雄性數量不足的狀況下,動物才會發生孤雌生殖。但是這種認知,或許是受限於人類過往的研究條件。

萊德說明,過去只有發生雌性動物沒有與雄性共棲,仍誕下子嗣的情況,人們才會注意到孤雌生殖的可能;或是必須向他們一樣,密切監測一個族群的基因狀態。而加州神鷲的案例揭示,單性生殖可能發生在更多情境下,「如果牠們能自主決定是否這樣做,將會非常有趣。」

「現在我們知道雌加州神鷲即使與雄性共棲,依舊能以孤雌生殖孕育後代,那問題就來啦:『這種情況是否比我們以為的還要普遍得多?』」

研究人員發現,加州神鷲所處的環境中雖然存在可進行交配的雄性,仍發生了孤雌生殖。

Photo: Heather Paul

哺乳類難以跨越的障礙:基因銘印

雖然在自然界中,孤雌生殖可能比我們想像的更常發生,不過根據目前的科學研究,在哺乳類身上,孤雌生殖仍是不太可能達成的任務。《紐約時報》就描述,對於哺乳動物而言,想繁衍下一代仍很難擺脫性的限制。

之所以有這種限制,是因為哺乳類在產生精、卵細胞時,會受到「基因銘印」(Genomic imprinting)的影響。

如果你對高中生物課的內容還有印象,可能會記得有位叫做孟德爾的大哥,透過碗豆雜交實驗,發現一套遺傳規則:孩子身上兩個一組的「等位基因」,一半來自爸爸、一半來自媽媽,如果父母給的基因都是隱性,孩子身上就會出現隱性基因的特徵;只要有一方是顯性,則會直接影響特徵表現。

不過,哺乳動物產生精子與卵子時,細胞會透過「甲基化」的方式,在某些特定基因上做記號;一旦發生甲基化,基因就不會發揮作用,那麼這個基因本來負責的特徵,就全權交由來自另一方的基因決定。這種做記號的過程,就稱為基因銘印。

換句話說,基因銘印就像是在基因上蓋一個印章,告訴細胞「這個基因不必表現喔」。如果來自爸爸的基因上有印章,特徵就會取決於來自媽媽的基因,反之亦然。

經過基因銘印的作用,精子、卵子上各自有某些基因,不會在子代身上發生作用。

Photo: PHP Martins

少了任何一方都活不下去

由於基因銘印的限制,哺乳動物的胎兒必須同時拿到來自媽媽與爸爸的基因,才可能完整、健康的成長。

舉例來說,在《台灣醫檢會報》的〈印記基因的研究〉這篇論文中提到,1980年代時,曾有科學家嘗試在老鼠的受精卵上動手腳,讓一個受精卵擁有2個來自父親的細胞核,沒有來自母親的細胞核;另一個則僅擁有2個來自母親的細胞核。

結果,只有來自母親細胞核的胚胎,胚胎本身雖然擁有完整組織,卻未發展出胎盤;而只有父親細胞核的胚胎,雖然長出又大又健康的胎盤與大部分包圍著胎兒的膜,內部應該有胚胎的部分,卻只有一堆缺乏組織的細胞,且沒有可辨識的頭部。

在自然狀況下,哺乳動物由於受到基因銘印限制,必須同時擁有來自父母雙方的基因才可能生存。

Photo: Tambako The Jaguar

科學家猜測,許多受到印記的基因,都影響著子代的生長,因此基因銘印很可能是反映了雄性、雌性動物間的「演化戰爭」。由父親決定的基因,通常會使後代長得更大,對個體更有利;來自母親的基因,則傾向使孩子保持容易管理的大小,不會與母體爭奪資源,也對群體更有利。

擺脫「性」的生育限制,可能嗎?

過去日本、中國的科學家,都曾經嘗試透過基因工程技術,模擬基因銘印的作用,成功製造擁有兩套雄性基因、以及兩套基因的「雙雄小鼠」和「雙雌小鼠」;不過,僅有極少數雙雌小鼠能成功長大、成年、生育下一代,雙雄小鼠即使活產,也無法活過48小時。

2018年,中國科學家表示,他們透過基因工程技術,首度培育出擁有兩套雄性基因的小鼠。不過小鼠都在出生後兩天內死亡。

Photo: ScienceDirect

隨著人們對基因的理解,科學家們似乎正逐步突破「性」的限制,嘗試讓哺乳動物也能進行單性生殖。不過,目前學界仍未全盤理解基因銘印,掌握它可能帶來的影響。此外,在動物身上進行單性生殖的研究,很可能造成許多未知影響,因此實驗也存在道德上的疑慮。

如果科學家想要藉由單性生殖,找出繁衍哺乳動物的第二解,甚至藉此保育瀕危物種,現階段仍有重重挑戰需跨越。


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延伸閱讀:
只有媽媽沒有爸爸 加州神鷲雌鳥可獨力生出小幼雛基因技術穿針引線 科學家讓同性老鼠生寶寶同性生殖近未來 日本科學家由雄鼠細胞培育出卵子


參考資料:
Self-Love Is Important, but We Mammals Are Stuck With SexNo, Sharks Cannot Impregnate Stingrays—As North Carolina Aquarium Investigates Mysterious PregnancyAmerican crocodiles can have 'virgin births'—here’s what that means印記基因的研究【王道還科普專欄】愛情不是重要的科學問題

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