作者:张梦然 来源:科技日报 发布时间:2024/1/20 9:24:42
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从卵生到胎生 海洋蜗牛解开繁殖进化之谜

 

产卵,早在动物进化到陆地之前就已出现。这是卵生动物的繁殖模式。另一个与之相对的,随着动物越来越复杂而出现的繁殖模式,则是胎生。

整个进化过程中,包括昆虫、鱼类、爬行动物和哺乳动物在内的动物界,都经历了许多独立的生命过渡。科学家们已经了解了其中很大一部分。但是,一直以来人类都没有解开从卵生到胎生这一重要进化步骤中的基因之谜。

在新一期《科学》杂志上,奥地利科学技术研究所、英国谢菲尔德大学、瑞典哥德堡大学研究人员组成的国际研究小组,利用一只不起眼的海洋蜗牛——萨克斯滨螺,揭开了这个秘密。

这种海洋蜗牛,在过去10万年内成功进化出了活产,也就是胎生。从漫长的进化史角度来看,10万年只是一眨眼的工夫,但这却是一个独特的揭示遗传奥秘的机会。

一只不起眼的海洋蜗牛——萨克斯滨螺,在过去10万年内成功进化出了活产,也就是胎生。活产使得萨克斯滨螺能够占据并适应不同的栖息地。这导致了许多大小、形状和行为各异的“生态型”的进化。

图片来源:弗雷德里克·普莱耶尔/《科学》

一个物种一百多个名字

海洋蜗牛是世界上被错误识别最严重的生物。

英国《卫报》此前曾报道,几个世纪以来,科学家们不断将其描述为新物种或亚种,多达100多次。

这种混乱一方面源于该物种会发生许多贝壳变异和栖息地变化。但最重要的是,萨克斯滨螺具有独特的繁殖模式。它已经进化出活产,而共享其栖息地的“近亲”海洋蜗牛们还在产卵。

研究人员表示,几乎所有哺乳动物都会活产,这种功能伴随着它们的进化,已进行了大约1.4亿年。然而,在这项研究中,他们发现海洋蜗牛的活产不仅是完全独立进化的,而且还是在较近时间发生的。

该团队同时还有另一个重要发现:向活产繁殖模式的转变,是由分散在蜗牛基因组中的大约50个基因变化引起的。

一步步抛弃原有模式

研究人员利用全基因组序列,推断了萨克斯滨螺和其他还在产卵的“近亲”的系统发育树,即进化“家谱”。

令人大开眼界的是,活产是萨克斯滨螺与近亲们唯一的区别特征。但萨克斯滨螺似乎还没有形成单一的进化群体。这种繁殖策略和祖先之间出现的不匹配,最终使研究团队能将活产的遗传基础,与整个蜗牛基因组中的其他遗传变化区分开来。

研究人员识别出了50个基因组区域,这些区域似乎共同决定了基因的主人是产卵还是直接活产。虽然目前还不确切知道每个区域的作用,但通过比较卵生和胎生的基因表达模式,研究人员将其中许多区域与生殖差异联系起来。

最终他们发现,活产这样重大的变化,绝非什么戏剧性的骤然变化,而是通过10万年中的许多点滴突变,一步步积累进化而成。

依然无法勘破的演化奥妙

转为活产,使小小的海洋蜗牛能够扩散到新的栖息地。这些地方,一般的卵生动物是无法生存和繁殖的。诚然,这两种生育方式都能完成繁衍后代的任务,但它们的益处和代价却截然不同。为什么这些蜗牛又要进化出活产?好处究竟是什么?这依然是个谜。

研究人员推测,这种转变可能还是出于自然选择对卵子的保护——卵子可以在母亲体内孵化。而卵生动物的卵子则更容易受到干燥、物理损坏和捕食者的影响。但奇怪的是,这样虽然解决了一定问题,但肯定会付出其他代价。因为活产意味着对后代的“额外投资”,意味着母体在保护自身和保护后代之间“走钢丝”,这对海洋蜗牛的生理系统和免疫系统都提出了严格要求。此次研究发现的许多基因组区域,很可能也要参与应对这些挑战。

从演化的角度,人们现在还勘不破其中的奥妙。

因此,尽管这项发现为了解从卵生到胎生的转变提供了大量线索,但仍有大量问题有待解答。对科学家来说,他们才刚刚开始接触到这一知识的表面。下一步,研究人员希望绘制每个突变的功能图谱,揭示每种基因变化如何塑造繁殖中的各种“游戏规则”。

(原标题:从卵生到胎生用了10万年——解开海洋蜗牛繁殖进化的基因之谜)

 
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