無性生殖的蠕蟲 Diploscapter pachys(圖:Karin Kiontke, David Fitch)

近日,科學家首次測定了一種無性生殖蠕蟲的 DNA 序列,推斷其起源於 1800 萬年之前。這種蠕蟲成為最古老的無性生殖物種之一。科學家發現,雖然這種蠕蟲無性生殖,但它避免了無性生殖物種通常會遇到的進化困境,沒有走向滅絕,而是保持物種延續至今。

 

生殖與進化

在漫長的進化中,不同的生命形式產生出多種多樣的生殖方式。比較來說,人們普遍認為有性生殖更具優勢。一方面,子代的遺傳物質來自雙親——萬一其中之一的某個基因出現問題,還可以靠另一個來拯救,這個過程稱為互補(complementation),降低了突變的可能性。另一方面,有性生殖過程中的重組(recombination)則增加了遺傳物質的多樣性,隨著物種代代相傳,多樣性逐漸積累,為物種適應不同的環境提供了遺傳基礎。

無性生殖則不具備這些優勢。嚴格的無性生殖,可以簡單理解為親代的自我複製——遺傳物質完全來自單個親本,沒有互補,沒有重組。在漫長的進化中,無性生殖的物種常常很快走向滅絕。然而,紐約大學的研究人員最近測定了一種稱為 Diploscapter pachys 的無性生殖的蠕蟲,其起源可追溯至 1800 萬年之前。一種無性生殖的動物能夠保持物種延續 1800 萬年,這種現象非常罕見。在已知的無性生殖動物中,這種蠕蟲是最古老的幾種之一。

答案在 DNA 中

Diploscapter pachys 是一種與線蟲(Caenorhabditis elegans)親緣較近的蠕蟲,但二者也有明顯的不同。D. pachys 是無性生殖,線蟲是有性生殖。此外,線蟲的染色體為 5-7 對,而 D. pachys 只有一對染色體。

科學家測定了這種蠕蟲的基因組,結果表明,雖然只有一對染色體,但在最初的時候,這一對染色體融合了祖先的 6 對染色體,並跳過第一次減數分裂,因而完整保留了祖先基因中的遺傳多樣性。

這就解釋了 D. pachys 物種延續至今的秘密——竭力保持來自祖先的遺傳多樣性。不僅如此,為了防止多樣性的丟失,在無性生殖的過程中,這種蠕蟲還要儘可能避免重組的發生。因為理論上,其祖先的 DNA 多樣性最高,若發生重組,反而有可能丟失不同基因拷貝之間的區別。實際上,D. pachys 缺失有性生殖重組機制所需要的基因,因此在產生生殖細胞時,不會發生重組。

這項研究讓人們對無性生殖有了更深入的理解,也為人類在以後的生殖方式提示了思路。或許在將來,人類將有辦法克隆自己,代代相傳,而不會出現物種滅絕。

 

參考資料:EurekAlert

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