石無魚
男多女少,是世界上一些國家非常頭疼的問題,比如在印度和中國,男女比例嚴(yán)重失衡,大量男性被剩下,很難婚配。最極端的例子是阿拉伯聯(lián)合酋長國,2015年1月,世界銀行的調(diào)查顯示,在阿拉伯聯(lián)合酋長國,男女比例為100∶58,男人數(shù)量近乎女人的2倍。
總體上,人類男性稍多于女性,男女性別比大約為102∶100屬正常范圍。不過,與人類的情況恰好相反,在自然界里,一些物種的雄性瀕臨滅絕,竟然出現(xiàn)了許多的“女兒國”。
被殺死的雄性物種
斐濟是南太平洋上的一個熱帶群島國家,這里溫度適宜,植被茂盛,是動植物的天堂。然而,對于生活在這里的雄性幻紫斑蛺蝶(俗稱“藍(lán)月亮”)來說,這里似乎更像是地獄。
在蝴蝶家族中,負(fù)責(zé)保衛(wèi)領(lǐng)土的是雄性,它們會在林緣、灌叢附近“巡邏”,因此當(dāng)你走在一條小路上,不出意外的話,看到的大多是雄性蝴蝶。然而,20世紀(jì)20年代,在斐濟的各個島嶼上,研究者數(shù)周沒有看到一只雄性藍(lán)月亮。另外一個現(xiàn)象更加讓人覺得不可思議。在斐濟,大約90%的雌藍(lán)月亮生下的全是雌蝴蝶。如果一只雌藍(lán)月亮產(chǎn)了一窩卵,其中50%的卵會死亡,這些死亡的卵全是雄性。
在與斐濟相距不到1200千米遠(yuǎn)的薩摩亞,2001年,這里的雄性藍(lán)月亮也幾乎瀕臨滅絕,雌雄比高達(dá)100:1。類似的問題同樣困擾其他昆蟲群體,比如一種非洲蝴蝶,雌雄比為25:1,在另外一些昆蟲群體中,如蒼蠅、甲蟲、臭蟲、黃蜂、蚊子中,雄性數(shù)量也在減少,性別比例偏離1:1。
在進(jìn)化生物學(xué)上,有一個非常重要的論證——費雪原理,簡單來說,就是進(jìn)化上的穩(wěn)定策略是出生性別比率接近1:1,偏離這一比例就是反常的,會受到自然的嚴(yán)厲懲罰。
因此,現(xiàn)實生活中,大多數(shù)物種都會遵循費雪原理,性別比會接近1:1。假如偏離了,比如,在生雌性傾向很明顯時,大部分個體(無論雌雄)會攜帶有“多生雄性的基因”,由于雄性基因更有利于種族繁衍,會更好傳播,在兩性中少數(shù)派具有更大生殖優(yōu)勢的影響下,性別比例會重新恢復(fù)到1:1。
這樣,按照自然選擇,物種的性別比例將像一個鐘擺一樣,會始終在1:1之間搖擺,不會偏差太大。顯然,藍(lán)月亮并沒有遵循自然規(guī)律,性別比例嚴(yán)重扭曲,這是什么原因?qū)е碌哪兀?/p>
臭名昭著的殺男犯
最早的一種解釋是藍(lán)月亮的生殖方式正從有性繁殖向孤雌生殖轉(zhuǎn)變。與需要雄性授精的有性生殖不一樣,采用孤雌生殖方式的動物或者植物,卵子不需要經(jīng)過受精過程,也就是說雌性藍(lán)月亮不需要雄性的參與,它們通過復(fù)制自身的DNA進(jìn)行繁殖,可以完整地保留母體性狀,這些雌性蝴蝶實際上是在克隆自己。
不過,這一說法在20世紀(jì)90年代已經(jīng)被證實是不科學(xué)的。在另外一些雌性比例過高的昆蟲里,雖然它們有的確實進(jìn)化出了孤雌生殖,但研究者發(fā)現(xiàn)這種進(jìn)化也相當(dāng)突兀,并不符合進(jìn)化的一般規(guī)律。2002年,英國倫敦大學(xué)的研究者在這些動物的卵巢內(nèi)找到了一個共同的兇手——沃爾巴克氏體。
沃爾巴克氏體是一種共生細(xì)菌,通常生活在節(jié)肢動物(如昆蟲)的生殖組織內(nèi),能通過細(xì)胞質(zhì)來“遺傳”,就像是線粒體等細(xì)胞器一樣,在宿主中一代代傳播。它們特別偏愛雌性,對于雄性則痛下殺手,是名副其實的“殺男犯”。那么,為什么會這樣呢?
答案就是,比起大個的卵子,精子太小,如果沃爾巴克氏體藏在雄性體內(nèi),它們會被精子卡住無法傳播,這樣一來,沃爾巴克氏體只能由雌性卵子垂直傳播,所以,它們已經(jīng)進(jìn)化出了許多方法來殺死雄性。比如,在雌性藍(lán)月亮體內(nèi),它會直接殺死會發(fā)育成雄性的卵,使得雌蝴蝶產(chǎn)下的后代絕大多數(shù)是雌性。經(jīng)過幾代傳播,整個種群的雌性蝴蝶都會帶有這種細(xì)菌,而雄性蝴蝶將越來越少。
在其他動物中,沃爾巴克氏體還可以對這些動物實施“變性手術(shù)”,將雄性昆蟲轉(zhuǎn)變成雌性,甚至將雌性動物變成無需雄性也能繁殖后代的克隆體。一個比較著名的例子就是赤眼蜂。感染了沃爾巴克氏體的赤眼蜂的生殖方式已經(jīng)變成了無需雄性生殖后代的單性生殖,在這個物種中,雄性已經(jīng)非常罕見。
研究者發(fā)現(xiàn),在薩摩亞,沃爾巴克氏體已經(jīng)感染了超過99%雌性藍(lán)月亮,并且它們還不只是控制這一種蝴蝶。統(tǒng)計顯示,不同地區(qū)的昆蟲,一般都有16%~22%的感染率,陸地等足動物約有35%的感染率,捕食螨(捕食螨是一種以柑橘紅蜘蛛、銹壁虱等葉螨為主要食物的雜食性益螨。)的感染率甚至可達(dá)60%。
劇情大反轉(zhuǎn)
在“殺男”方面,這些寄生蟲可以說是臭名昭著,所到之處,基本上都會造成性別比例嚴(yán)重失衡。但有的時候,它們也會增強宿主的繁殖力,曾有人拿突眼蠅做了個實驗,若是去除了它們體內(nèi)的沃爾巴克氏體,雄性生殖能力會大幅下降。還有研究表明,雖然沃爾巴克氏體曾使得美國加州南部的擬果蠅雌性的繁殖力下降15%~20%,但20年之后,情況反了過來,它們反而能讓宿主多產(chǎn)下10%的卵。
不過,對于另外一些物種,情況就十分不妙。缺乏雄性不利于物種的生存,如果長期性別比例不均衡,將導(dǎo)致種族滅絕。藍(lán)月亮就是其中之一。那么,美麗的藍(lán)月亮難道要滅絕嗎?
2006年,科學(xué)家對西薩摩亞幾個島上的藍(lán)月亮進(jìn)行了新一輪調(diào)查研究。在烏波盧島,他們驚喜地發(fā)現(xiàn),該島上藍(lán)月亮的雌雄比例已接近1∶1。他們捕捉了14只雌蝴蝶進(jìn)行人工飼養(yǎng),發(fā)現(xiàn)它們都順利地產(chǎn)下了健康的“男丁”,雌雄比例基本持平。這說明沃爾巴克氏體對它們的殺傷力已大打折扣。
在薩瓦伊島上的發(fā)現(xiàn)才真正讓人驚訝。2006年初,這個島上的雄性藍(lán)月亮所占比例還不足1%。然而,到了2006年底,差不多經(jīng)過了10代的繁衍進(jìn)化,雄性藍(lán)月亮的數(shù)量已火箭般快速爆增,所占比例接近40%。
在短短幾年時間里,藍(lán)月亮就找到了解決方法,這種劇情大扭轉(zhuǎn)十分戲劇化。那么,藍(lán)月亮是如何抵抗住了這些“殺男”高手?
在這兩個島上,沒有藍(lán)月亮和其它種類蝴蝶的異種交配現(xiàn)象,所以排除了藍(lán)月亮依靠其它物種的可能。同時,雌性藍(lán)月亮體內(nèi)的沃爾巴克氏體也并沒有消失,傳染能力并沒有減弱,所以,并非是細(xì)菌本身的改變導(dǎo)致雄性蝴蝶再度恢復(fù)活力。那么,只有一種情況——藍(lán)月亮自身基因突變,進(jìn)化出了抑制“殺男”細(xì)菌的基因。
研究者推測,一只攜帶這種抑制基因的雄蝴蝶可能曾從鄰近的島嶼抵達(dá)薩摩亞,它與當(dāng)?shù)氐拇菩越慌?,然后產(chǎn)下了一只攜帶了這種抑制基因的雄性蝴蝶,由于該基因有利于種族生存,不久,越來越多的藍(lán)月亮擁有了這種抑制基因。
這一變化是驚人的,一般,科學(xué)家們認(rèn)為自然選擇是一個緩慢的過程,要經(jīng)歷幾百或幾千年的時間。但在這項研究中,從進(jìn)化的時間尺度來看,藍(lán)月亮的進(jìn)化只不過是一眨眼的功夫,這是迄今為止科學(xué)家觀測到的最快的進(jìn)化過程。
最后的獲勝者
其實,發(fā)生在藍(lán)月亮身上的故事并不罕見,不少節(jié)肢動物都感染過專殺雄性后代的病菌。先前就有研究揭示,一些昆蟲在面對幾乎要淪為單性繁殖的壓力時,會通過異乎尋常的方式來重新恢復(fù)其家族的性別平衡。在與沃爾巴克氏體的生存競賽中,藍(lán)月亮似乎是勝利了。但其實,這場生存之戰(zhàn)的真正贏家是沃爾巴克氏體。
通常情況下,如果宿主進(jìn)化出抵抗寄生菌的能力,這種寄生菌的數(shù)量應(yīng)該減少。但在烏波盧島和薩瓦伊島,沃爾巴克氏體雖然沒有再殺雄性藍(lán)月亮,但它們在數(shù)量上也沒有減少。這是因為它們具有操縱宿主的另外一個終極戰(zhàn)略——造成細(xì)胞質(zhì)不親和。
沃爾巴克氏體會感染雄性藍(lán)月亮的精子,對精子稍作改變,使得它們只能和同樣被感染了的雌性交配,才能生下后代,要是和沒有感染的雌性交配,就會出現(xiàn)細(xì)胞質(zhì)不親和,不會生育。由于未感染的雌性只能與未受感染的雄性交配,而雌性感染者可以與任何雄性交配,因此這樣的傳播方式實際上會導(dǎo)致被感染的藍(lán)月亮越來越多。
斐濟的沃爾巴克氏體也有這個本領(lǐng),但從來沒有被使用,因為它們一直在執(zhí)著地殺死這個島嶼上的所有雄性藍(lán)月亮。當(dāng)藍(lán)月亮進(jìn)化出抑制基因后,沃爾巴克氏體改變了策略,但實際上,也能操縱藍(lán)月亮。因此,抑制基因并沒有抑制沃爾巴克氏體,反而是鞏固了沃爾巴克氏體在藍(lán)月亮體內(nèi)的地位。
看來,在這場生存之戰(zhàn)中,笑到最后的還是沃爾巴克氏體。然而,這場生存之戰(zhàn)不會結(jié)束,只要藍(lán)月亮存在,它們就會與沃爾巴克氏體展開殊死搏斗,這場“軍備競賽”將不斷升級。
大科技·科學(xué)之謎2017年1期