無性繁殖,海角蜜蜂怎麼做到的?科學家從一段奇怪基因中找到答案

2021-01-15 寰宇科學新觀察

一般來說,在一個蜂群中,只有蜂王才有生殖的能力,而且蜂王必須與雄蜂交配才能生下無數的後代。而工蜂雖然也是雌性蜜蜂,但它們是沒有生殖的能力的。但是在南非,有一種非常奇特的蜜蜂,叫海角蜜蜂(Cape honey bees)。它們的工蜂不僅有繁殖後代的能力,而且還能實現無性繁殖。更奇特的是,它們大多數都是「不負責任的母親」,會將自己的寶寶寄生在其他蜂窩裡。

海角蜜蜂是如何實現無形繁殖的?這個問題引起了生物學家們強烈的興趣。最近發表在《當代生物學》(Current Biology)科學期刊上的一項新研究中,來自澳大利亞雪梨大學的研究人員發現了一段讓海角蜜蜂在沒有交配的前提下就能繁殖的基因。這段基因位於海角蜜蜂的11號染色體上,研究人員將其標記為GB45239,專門負責海角蜜蜂的無性繁殖。

「這非常令人興奮,」雪梨大學生命與環境科學學院的行為遺傳學家班傑明·奧爾德羅伊德教授(Professor Benjamin Oldroyd)說:「科學家們在過去的30年裡一直在尋找這種基因。現在我們知道它在海角蜜蜂的11號染色體上,我們解開了一個謎團。」

奧爾德羅伊德教授說:「有性繁殖是一種奇怪的繁殖方式,但它卻是地球上動植物最常見的繁殖方式。這是一個重大的生物學謎團,為什麼會有這麼多的交配行為發生,這在進化上沒有意義。無性繁殖是一種更有效的繁殖方式,我們時不時地會看到一個物種恢復到無性繁殖狀態。」

在南非發現的海角蜜蜂中,它們身上的這種基因讓工蜂產卵時只產雌性,而不會像一般的蜜蜂一樣還會生出雄性。因此,它們一般只能選擇無性繁殖。「雄蜂對它們來說大多是無用的,」奧爾德羅伊德教授說:「比起其他一般的蜜蜂,每一隻海角蜜蜂中的工蜂成為蜂王的可能性要大得多,這種前景改變了一切。」但也會帶來很多的麻煩,因為任何一隻工蜂都會為了成為下一任蜂王而衝突不斷。當一個蜂群失去了蜂王,每一隻工蜂會通過不斷地爭鬥爭取成為新的蜂王,這會給蜂群帶來重創。

這種只有雌性後代誕生的繁殖方式,被稱為「單雌生殖」,僅限於居住在南非海角地區的海角蜜蜂,這也是海角蜜蜂最獨特的特徵。其他一些特徵也能將海角蜜蜂與其他蜜蜂亞種區分開來。比如說,海角蜜蜂的工蜂的卵巢更大,更容易被激活,它們能夠產生後信息素,使它們能夠在群體中保持生殖優勢。

這些特性也導致了社會寄生的傾向,在這種行為中,海角蜂工蜂經常會入侵其他蜂群,在那裡產卵並說服寄主蜂群的工蜂餵養它們的幼蟲,這種情況很容易造成這個蜂巢發生混亂。在南非,每年都有超過1萬個商業蜂巢群因為海角蜜蜂的社會寄生行為而覆滅。

科學家們在一百多年前就已經發現具有這些特徵的海角蜜蜂了,但直到最近,利用現代基因組工具,科學家們才發現讓海角蜜蜂具有無性繁殖能力的真正基因。奧爾德羅伊德教授說:「對海角蜜蜂的進一步研究可以讓我們深入了解兩個主要的進化轉變:性別起源和動物社會起源。」

奧爾德羅伊德教授說,也許這項研究最令人興奮的前景是了解基因在功能上的實際工作方式。如果我們能控制一個允許動物無性繁殖的開關,這將在農業、生物技術和許多其他領域有重要的應用。科學家們希望能找到某些動物身上的「無性繁殖開關基因」,有了這個開關,人們在養殖或害蟲控制方面就有了一個能力非凡的工具了。

比如,讓牛或羊無性繁殖?當然了,科學家們得確定牛或羊身上有沒有這個「開關」,其次是找到控制這個開關的方法。毫無疑問,這都是非常複雜且困難的工作。

你覺得科學家們能在其他動物身上找到這個開關嗎?請在下方留言發表你的看法。

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