2018.03.09 22:11

靠無性繁殖「統治世界」 這種小龍蝦做到了!

文|DeepTech深科技
大理石紋小龍蝦。
大理石紋小龍蝦。

試想一個恐怖的電影情節:一種通過無性繁殖的突變生物,悄悄入侵全球的生態系統,並且在短短20年內,迅速傳播遍及歐洲和非洲,甚至威脅當地本土物種,給生態系統造成了嚴重的破壞。

事實上,這樣的故事真實存在,而故事的主角就是大理石紋小龍蝦這種小龍蝦是甲殼綱十足目中唯一能夠無性繁殖的,它們均來自於無受精卵子的克隆,因此這個種群只有雌性。

科學家們認為,這種龍蝦是在1995年左右,由佛羅里達進口,要運送至德國水族館的兩隻小螯蝦交配而誕生的。

自從1995年在德國被發現以來,大理石紋小龍蝦已經在歐洲和非洲大量繁殖。現在歐盟已經明令禁止:不得銷售,保存,分發或釋放大理石紋小龍蝦到野外。

“這種小龍蝦是一種嚴重的害蟲。”來自柏林洪堡大學的進化生物學家Gerhard Scholtz說。他曾跟蹤了該龍蝦入侵全球的足跡,其中包括一個名叫馬達加斯加的島國,大理石紋小龍蝦已經威脅到了當地7種小龍蝦的生存。德國海德堡癌症研究中心的分子遺傳學家Frank Lyko補充說:“它們吃任何東西,比如腐爛的葉子、蝸牛、魚卵、小魚或小昆蟲。”

五年前,Lyko開始對現在稱為Procambarus virginalis的大理石紋小龍蝦產生興趣,因為他認為這種新誕生的無性繁殖可能與正常細胞如何變成癌症並且產生自身克隆很相像。“在許多方面,大理石紋龍蝦的侵襲擴張非常類似於癌症細胞在宿主身上呈線性增長的快速繁殖。”Jean-François Flot,來自于布魯塞爾自由大學的進化基因組學家也有著同樣的觀點。

此外,腫瘤細胞中存在一種現象:部分基因被某些分子修飾使得表達增強,即表觀遺傳學。該部分基因表達的增強促進了腫瘤生長,並幫助癌細胞擴散。鑒於此,Lyko特別想研究大理石紋小龍蝦的基因組,以探究其中涉及到的表觀遺傳學。

首先,Lyko和他的同事們為12只來自世界不同地區的大理石紋小龍蝦進行了基因組測序,接著對二十多隻來自馬達加斯加龍蝦進行了遺傳學分析。2月5號,他們在《Nature Ecology & Evolution》雜誌上報導:雖然甲殼綱的基因組由35億個堿基組成,比人類基因組要大,但其中包含的基因數量只有21,000個,和人類差不多。

這是史上首次公佈甲殼類動物基因組。法國國家農業研究所的進化生物學家Etienne Danchin說:“這項工作為比較基因組學以及如何在具有重要生態和經濟意義的物種群中確定獨特特徵開闢了道路。”

這項研究還為我們提供了這個基因組如何產生的線索,並可能幫助環境保護者跟蹤此物種的傳播”,Shotz說。

一些前期的研究表明,大理石紋小龍蝦是三倍體,而不是通常的二倍體。每組的染色體結構都與小螯蝦(P.fallax)相似,含有92個染色體。三組染色體中的兩組實際上是相同的,但與第三組不同。Lyko的小組認為大理石紋小龍蝦可能是由來自世界不同地區的兩個小螯蝦交配產生的。而且其中一隻蝦的配子異常保留了染色體的兩個拷貝,而不是通常的一個。除此之外,因長期的種群隔離,兩個小螯蝦的交配也增加了它們下一代遺傳變異的可能。

“當然,這種巧合在野外是不會發生的。”Lyko很堅定地說。然而,Schotz並不完全認同在自然情況下這種情況就不會發生。他說:“雖然來自不同區域的大理石紋小龍蝦的DNA顯示,所有小龍蝦有相同的基因組,都是同一個小龍蝦的克隆,但是有關它們的來源仍然只是處於猜想階段。

不過,比起探索這種甲殼綱動物的起源,科學家們更感興趣的是它們如何在各種各樣,具有不同的溫度,鹽度和酸度的淡水中得以生存下來的。事實上,以前科學家們一直認為無性繁殖體由於缺乏有性繁殖體的遺傳變異能力,很難適應新環境,應該在自然界中處於劣勢。但是,這篇文章讓我們看到,無性繁殖物種居然能迅速入侵許多地理區域,Danchin說。他是一個成功的植物寄生蟲學家,正在研究一種無性繁殖的三倍體線蟲。

他認為有三組染色體可能是小龍蝦能適應新環境的關鍵,因為基因組有足夠多的不同基因種類用於適應不同環境。

來自美國森林服務局南部研究站的水生生態學家Susan Adams對此表示贊同。在其他生物體中的研究表明,在擁有一套額外染色體的生物中,成年個體占比往往更大,這可能有利於克隆體適應新環境。她表示:“更好的適應性有助於該物種的成功入侵。”Adams認為有利於該物種適應環境的另外一個原因是:單個個體就能建立新的種群,而不需要兩個個體,這大大降低了繁殖難度。

Adams說:“這樣傳奇且具有全球意義的生物進化事件竟然發生在水族館,真是太有意思了!”

更新時間|2019.03.21 05:13

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