生殖隔離和染色體數目的關係,沒你想像的緊密

2021-02-23 五次方物語

眾所周知,馬和驢的雜交後代騾子,不具備正常的生殖能力,這被稱為「生殖隔離」(的表現之一)。正是生殖隔離現象的存在,維繫了物種之間相對穩定的邊界,使得生物世界不會陷入一片混亂。

圖一:驢騾,母驢所生。攝於武漢動物園

騾子為何不能生育?常見的解釋只是拿染色體數目說事兒。馬的染色體為2n=64,驢為2n=62,騾子的染色體是半馬半驢,共63條,奇數無法進行正常的減數分裂,故不能生育。此說看似合理,實則經不起推敲,隨手就是一個反例:普氏野馬的染色體為2n=66,說起來和家馬的2n=64也應該「隔離」,然而它倆卻可以產生可育的後代(65條染色體)。63不行65行,上哪兒說理去?

圖二:家豬和野豬的雜交二代,攝於膠南

還有,全球的野豬可劃分為27個亞種,這些亞種間和亞種內核型都存在著差異,染色體數(2n)在36~38之間,如西歐野豬2n=36或37,日本野豬2n=38,家豬也是2n=38,然而彼此卻沒有繁殖障礙。說好的染色體數目不同導致生殖隔離呢?以及奇數條染色體就不能減數分裂呢?要知道西歐野豬本身就有2n=37的核型,好像很不科學。這又該怎麼解釋呢?

圖三:沼澤型水牛

再舉一個慄子。作為家畜的水牛,可分為河流型和沼澤型兩個類群,我國水牛絕大部分均為沼澤型,只有雲南的檳榔江水牛屬於河流型。沼澤型水牛的染色體2n=48,河流型水牛是2n=50,按照染色體數目決定論,這倆兄弟也是妥妥的生殖隔離,而事實卻啪啪打臉。沼澤型水牛和河流型水牛之間無生殖隔離,仍然屬於同一個物種的不同亞種,如存在隔離就該自立門戶了。

圖四:檳榔江水牛,河流型

根據研究,沼澤型水牛和河流型水牛的雜交後代染色體為2n=49,減數分裂後能產生兩種正常配子(n=24,n=25)和兩種異常配子(n=24+1,n=25-1),自群繁殖會導致其子代染色體多態性(2n=50,2n=49和2n=48);其異常配子與正常配子結合,則產生非整倍性,致其繁殖力降低.如此看來,生命世界遠比我們的想像複雜得多,只要緣分到了,即便是奇數條染色體也能對付著傳宗接代。

圖六:人類女性染色體組

更令人驚奇的是,與水牛類似的現象在人類之中也常有出現。一般來說,染色體數目的變動,可能會招致嚴重後果,比如唐氏症候群,但這不是絕對的。有一種情況稱之為羅伯遜易位,即染色體近端著絲粒發生易位,而這種羅伯遜易位中的平衡易位,主要遺傳物質不會丟失,個體的智力和外觀都是正常的。

圖七:羅伯遜易位示意圖

大約有千分之一的人為羅伯遜平衡易位攜帶者(雜合子),擁有45條染色體,基本與常人無異,只有在備孕時才能看出區別。他們所產生的6種配子中,只有2種配子能與正常人的配子結合產生健康後代,其餘2/3的配子則會以極早期流產而告終。這和雜交水牛的情況非常類似。

我國曾報導過一個只擁有44條染色體的男子,父母皆為羅伯遜易位攜帶者,其本人的14號染色體和15號染色體融合,屬於羅伯遜易位的純合子。儘管染色體數目不同,但其遺傳物質總量並無減少,身體狀況和常人無異,亦無生殖隔離,只是後代將會成為擁有45條染色體的羅伯遜平衡易位攜帶者(雜合子),易發生流產。這可以說是生育能力降低,但不會絕後,屢戰屢敗,屢敗屢戰,總有蒙對的那一發。

我們可以更進一步地想像一下。從理論上說,該男子如能找到同樣44條染色體的女性婚配,這種獨特的染色體排列方式就能穩定遺傳下去。就像水牛,其河流型和沼澤型之所以核型不同,本質上是因為後者的1號染色體,相當於前者的4號和9號染色體融合易位形成的,和這位44條染色體的奇男子情況差不多。只不過水牛能因此形成兩個亞種,人類就難了。為啥難了?這個問題留作思考題。

再把注意力轉回到騾子。雄性騾子無動情激素,勘破愛欲,色即是空;雌性有動情激素而無孕激素,有心殺賊,無力回天。騾子本身不健全,用不著奇偶校驗就基本註定不育,原因還得從「原生家庭」中找:馬和驢親緣關係較近但還不夠近,基因差異過大,導致後代無法發育成正常個體;而馬和普氏野馬基因更為相似,以至於能互相「將就」著用。這麼說應該能明白吧?

圖九:人類染色體和黑猩猩染色體對比

生命法則是統一的,人類亦不能外。人類擁有23對染色體,而同屬人科的其它物種包括黑猩猩、倭黑猩猩,卻都有24對染色體,原因是人類的2號染色體,由兩條染色體組合而來,恰好對應按長度排序的黑猩猩第12號和第13號染色體,故黑猩猩的這兩條染色體又被叫做2A和2B染色體。可以想見,最初擁有46條染色體的人類遠祖,還能和那些48條染色體的近親進行友好或不太友好的基因交流----那簡直是一定的,人類啥事兒幹不出來啊?

圖十:黑猩猩

一切恩愛會,無常難得久。業已分道揚鑣的人類和類人猿,終於在漫長的進化中「人猿相揖別」,徹底隔絕開來。現生人類和類人猿存在水火不容的生殖隔離,連受孕也不可能,原因也並不在染色體數目不同,還是由於基因差異巨大,特別是黑猩猩的Y染色體已經與人類相去甚遠。「相看兩相厭」,完全無法組合產生新的生命。

綜上所述,染色體排列組合方式並不像人們想像的那麼重要,最關鍵的還是上面所承載的遺傳信息。所謂「奇數條染色體不能進行減數分裂」的說法,用來解釋三倍體無籽西瓜尚可,不能推而廣之。

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