單次生殖

單次生殖

只產生雄性後代(“產雄單性生殖”)或雌性後代(“產雌單性生殖”)的生殖。即有性生殖中的雌配子(卵子)不經受精便獨自發育成新一代個體。也稱孤雌生殖或單性生殖。是一種普遍存在於一些較原始動物種類身上的生殖現象。

概述

單次生殖亦稱單性發生或孤雌生殖。其原來的含意是雌性、雄性沒有關係,而是單獨地能產生新個體的一種生殖方法。此時,新個體是起源於生殖細胞的卵子,不經受精而單獨產生的,在這一點上和無性生殖是不同的,它是屬於有性生殖。

簡單來說就是生物不需要雄性個體,單獨的雌性也可以通過複製自身的DNA進行繁殖。

生殖起源

美國肯塔基大學生殖生物學博士後劉璟表示,首先應當問“為什麼有有性生殖”?她說,單細胞生物,比如細菌,是採用簡單的分裂方式繁殖的,它們絲毫不知道“兩性”的存在。低等生物比如水螅,可以通過“出芽”產生新的個體。這類無性生殖的方式多快好省,就好比人多長出一個手指來,然後手指自己掉下來,長成了一個小人兒,完全省去了“搞對象”的麻煩。那么,為什麼有性生殖會在演化中出現,並且成為演化的主流呢?

劉璟表示,大多數理論認為有性生殖能產生更多的基因組合,增加適應性演化的幾率,防止有害突變的積累。也就是說,有性生殖產生的多樣化的基因組合後代,其中一些後代能適應環境變化而生存下來;如果是無性生殖,後代基因總是一成不變,當環境發生改變時,所有後代可能都無法適應新環境。

最早的有性生殖的產生可能是因為有些細菌會融合在一起,然後再進行分裂。後來出現了兩個生物個體各出一個“配子”,然後配子結合形成新的生命。在二者的博弈中,生物形成了兩種完全不同的策略:一類生物提供具有極少營養物質的配子,也就是精子,可以支持“廣種薄收”;另一類生物提供具有大量營養物質的配子,也就是卵子,保證“成功率”。雄性和雌性的差別由此產生。

事實上,人們對有性生殖是如何起源知之甚少,從細胞遺傳學的角度,人們提出了共生起源學說、細胞分裂誤記說和DNA糾錯說等。有學者認為,在很多動植物中,“性”往往與休眠現象聯繫在一起,產生後壁孢子、種子或休眠卵,即休眠起源說,但分子機制有待進一步揭示。

生殖類型

(一)偶發性單次生殖 (sporadic parthenogenesis):偶發性單次生殖是指某些昆蟲在正常情況下行兩性生殖,但雌成蟲偶爾產出的未受精卵也能發育成新個體的現象。常見的如家蠶、一些毒蛾和枯葉蛾等。

(二)經常性單次生殖 (constant parthenogenesis):經常性單次生殖也稱永久性單次生殖。這種生殖方式在某些昆蟲中經常出現,而被視為正常的生殖現象。可分為兩種情況 :

1、在膜翅目的蜜蜂和小蜂總科的-些種類中,雌成蟲產下的卵有受精卵和未受精卵兩種,前者發育成雌蟲,後者發育成雄蟲。

2、有的昆蟲在自然情況下,雄蟲極少,甚至尚未發現雄蟲,幾乎或完全行單次生殖,如一些竹節蟲、粉虱、蚧、薊馬等。

(三)周期性單次生殖(cyclical parthenogenesis):周期性單次生殖也稱循環性單次生殖。昆蟲通常在進行1次或多次單次生殖後,再進行1次兩性生殖。這種以兩性生殖與單次生殖交替的方式繁殖後代的現象,又稱為異態交替(heterogeny)或世代交替(alternation of generations)。如棉蚜從春季到秋末,進行單次生殖10一20餘代,到秋末冬初則出現雌、雄兩性個體,並交配產卵越冬。

生殖方式

(一)均等分裂型單次生殖:即卵原細胞正常進行減數分裂,產生3個極體和1個卵細胞,其中卵細胞獨立發育為後代個體的現象。(後代為單倍體)

(二)卵核與極體融合型單次生殖:即卵原細胞正常進行減數分裂,產生3個極體和1個卵細胞,其中卵細胞與任意極體隨機結合,形成“極體-卵細胞-受精卵”,並由此細胞發育成後代個體的現象(後代為2倍體)。

(三)分裂核融合型單次生殖:卵原細胞在進行減數第一次分裂時正常分裂,但不進行減數第二次分裂,最終形成了1個極體和一個“雙套卵”(diploid),由於它攜帶有母體的全套遺傳物質,自然可以獨立地發育為後代個體(後代為2倍體)。在一些偶發實例中,有的卵細胞形成後,因某種原因自然加倍,可以獨立發育為後代個體(後代也是2倍體),也算作這種情況。

(四)極體融合型單次生殖:即卵原細胞正常進行減數分裂,產生3個極體和1個卵細胞,但任意兩個極體間發生了融合,形成了“極體-極體”融合細胞,由於此細胞也攜帶有母體全套遺傳物質,也可以獨立發育為後代個體(後代是2倍體)。

以上四種情況在 蛾、蝶 中均有發現。

相關區別

1.區別於無性生殖,是由生殖細胞而非體細胞完成的繁殖現象。

2.產生的個體多數為單倍體,或者是進行重組之後的2倍體,而非無性生殖產生的和母體遺傳物質完全相同的個體,所以通常把孤雌生殖歸類於有性生殖,而非無性生殖。

優劣

有性生殖顯然大有好處,但是也有很多問題。

首先,有性生殖要耗費大量的能量。添加性交本身就已經比分裂生殖更麻煩了,更何況還要“尋找配偶”。如果同種生物的密度大還好說,像駝背鯨那樣幾百公里不見一頭的生物就麻煩了。所以座頭鯨一直“唱歌”以求知己。如果只是耗費能量還好,這個過程還很危險,因為不但伴侶能收到你的信號,捕食者也可以。無論是鳥鳴、蛙叫還是蟬噪,小動物們都懷著對雲雨之歡的嚮往一展歌喉,可招來的往往是野貓和獵隼。

尋找異性已經夠麻煩,跟同性競爭更耗費能量。無論是羚羊的鐵頭對攻還是松雞賽羽,都只為取得一個延續後代的機會。如果這種求偶競爭最終演化出累贅的身體器官,比如愛爾蘭麋過分臃腫的大角或者孔雀的長尾羽,那么這類生物本身都要受到被捕殺的威脅。

對於社會性生物來說,有性生殖嚴重威脅“安定團結”。人類中不斷發生的情感糾紛就不用說了,就連看起來“安分守己”的工蜂和工蟻都有可能為了自己能夠繁殖對女王造成威脅,揭竿而起。還有一點,大家可能沒有注意到,有性生殖產出的子女再親,也只有自己的一半基因,哪有“克隆”和自己那么相像?

大自然中的生物中存在著巨大的“退化驅動力”,簡單地說,只要環境允許,能簡單就簡單,能懶就懶。如果身處沒有地面天敵的環境,鳥類就會放棄飛行的能力。同樣,很多生境中的動物都會退回“不用交配就能生育”的狀態,也就是“單次生殖”。比如母蚜蟲,如果食物充足,它會抓緊時間進行單次生殖,能繁殖幾代就繁殖幾代,到秋末冬初時才會產生雌、雄兩性個體,兩者交配產卵越冬。

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