暴虐杀男魔

来源:大科技·科学之谜 ·2018年03月26日 19:42

石无鱼

男多女少,是世界上一些国家非常头疼的问题,比如在印度和中国,男女比例严重失衡,大量男性被剩下,很难婚配。最极端的例子是阿拉伯联合酋长国,2015年1月,世界银行的调查显示,在阿拉伯联合酋长国,男女比例为100∶58,男人数量近乎女人的2倍。

总体上,人类男性稍多于女性,男女性别比大约为102∶100属正常范围。不过,与人类的情况恰好相反,在自然界里,一些物种的雄性濒临灭绝,竟然出现了许多的“女儿国”。

被杀死的雄性物种

斐济是南太平洋上的一个热带群岛国家,这里温度适宜,植被茂盛,是动植物的天堂。然而,对于生活在这里的雄性幻紫斑蛱蝶(俗称“蓝月亮”)来说,这里似乎更像是地狱。

在蝴蝶家族中,负责保卫领土的是雄性,它们会在林缘、灌丛附近“巡逻”,因此当你走在一条小路上,不出意外的话,看到的大多是雄性蝴蝶。然而,20世纪20年代,在斐济的各个岛屿上,研究者数周没有看到一只雄性蓝月亮。另外一个现象更加让人觉得不可思议。在斐济,大约90%的雌蓝月亮生下的全是雌蝴蝶。如果一只雌蓝月亮产了一窝卵,其中50%的卵会死亡,这些死亡的卵全是雄性。

在与斐济相距不到1200千米远的萨摩亚,2001年,这里的雄性蓝月亮也几乎濒临灭绝,雌雄比高达100:1。类似的问题同样困扰其他昆虫群体,比如一种非洲蝴蝶,雌雄比为25:1,在另外一些昆虫群体中,如苍蝇、甲虫、臭虫、黄蜂、蚊子中,雄性数量也在减少,性别比例偏离1:1。

在进化生物学上,有一个非常重要的论证——费雪原理,简单来说,就是进化上的稳定策略是出生性别比率接近1:1,偏离这一比例就是反常的,会受到自然的严厉惩罚。

因此,现实生活中,大多数物种都会遵循费雪原理,性别比会接近1:1。假如偏离了,比如,在生雌性倾向很明显时,大部分个体(无论雌雄)會携带有“多生雄性的基因”,由于雄性基因更有利于种族繁衍,会更好传播,在两性中少数派具有更大生殖优势的影响下,性别比例会重新恢复到1:1。

这样,按照自然选择,物种的性别比例将像一个钟摆一样,会始终在1:1之间摇摆,不会偏差太大。显然,蓝月亮并没有遵循自然规律,性别比例严重扭曲,这是什么原因导致的呢?

臭名昭著的杀男犯

最早的一种解释是蓝月亮的生殖方式正从有性繁殖向孤雌生殖转变。与需要雄性授精的有性生殖不一样,采用孤雌生殖方式的动物或者植物,卵子不需要经过受精过程,也就是说雌性蓝月亮不需要雄性的参与,它们通过复制自身的DNA进行繁殖,可以完整地保留母体性状,这些雌性蝴蝶实际上是在克隆自己。

不过,这一说法在20世纪90年代已经被证实是不科学的。在另外一些雌性比例过高的昆虫里,虽然它们有的确实进化出了孤雌生殖,但研究者发现这种进化也相当突兀,并不符合进化的一般规律。2002年,英国伦敦大学的研究者在这些动物的卵巢内找到了一个共同的凶手——沃尔巴克氏体。

沃尔巴克氏体是一种共生细菌,通常生活在节肢动物(如昆虫)的生殖组织内,能通过细胞质来“遗传”,就像是线粒体等细胞器一样,在宿主中一代代传播。它们特别偏爱雌性,对于雄性则痛下杀手,是名副其实的“杀男犯”。那么,为什么会这样呢?

答案就是,比起大个的卵子,精子太小,如果沃尔巴克氏体藏在雄性体内,它们会被精子卡住无法传播,这样一来,沃尔巴克氏体只能由雌性卵子垂直传播,所以,它们已经进化出了许多方法来杀死雄性。比如,在雌性蓝月亮体内,它会直接杀死会发育成雄性的卵,使得雌蝴蝶产下的后代绝大多数是雌性。经过几代传播,整个种群的雌性蝴蝶都会带有这种细菌,而雄性蝴蝶将越来越少。

在其他动物中,沃尔巴克氏体还可以对这些动物实施“变性手术”,将雄性昆虫转变成雌性,甚至将雌性动物变成无需雄性也能繁殖后代的克隆体。一个比较著名的例子就是赤眼蜂。感染了沃尔巴克氏体的赤眼蜂的生殖方式已经变成了无需雄性生殖后代的单性生殖,在这个物种中,雄性已经非常罕见。

研究者发现,在萨摩亚,沃尔巴克氏体已经感染了超过99%雌性蓝月亮,并且它们还不只是控制这一种蝴蝶。统计显示,不同地区的昆虫,一般都有16%~22%的感染率,陆地等足动物约有35%的感染率,捕食螨(捕食螨是一种以柑橘红蜘蛛、锈壁虱等叶螨为主要食物的杂食性益螨。)的感染率甚至可达60%。

剧情大反转

在“杀男”方面,这些寄生虫可以说是臭名昭著,所到之处,基本上都会造成性别比例严重失衡。但有的时候,它们也会增强宿主的繁殖力,曾有人拿突眼蝇做了个实验,若是去除了它们体内的沃尔巴克氏体,雄性生殖能力会大幅下降。还有研究表明,虽然沃尔巴克氏体曾使得美国加州南部的拟果蝇雌性的繁殖力下降15%~20%,但20年之后,情况反了过来,它们反而能让宿主多产下10%的卵。

不过,对于另外一些物种,情况就十分不妙。缺乏雄性不利于物种的生存,如果长期性别比例不均衡,将导致种族灭绝。蓝月亮就是其中之一。那么,美丽的蓝月亮难道要灭绝吗?

2006年,科学家对西萨摩亚几个岛上的蓝月亮进行了新一轮调查研究。在乌波卢岛,他们惊喜地发现,该岛上蓝月亮的雌雄比例已接近1∶1。他们捕捉了14只雌蝴蝶进行人工饲养,发现它们都顺利地产下了健康的“男丁”,雌雄比例基本持平。这说明沃尔巴克氏体对它们的杀伤力已大打折扣。

在萨瓦伊岛上的发现才真正让人惊讶。2006年初,这个岛上的雄性蓝月亮所占比例还不足1%。然而,到了2006年底,差不多经过了10代的繁衍进化,雄性蓝月亮的数量已火箭般快速爆增,所占比例接近40%。

在短短几年时间里,蓝月亮就找到了解决方法,这种剧情大扭转十分戏剧化。那么,蓝月亮是如何抵抗住了这些“杀男”高手?

在这两个岛上,没有蓝月亮和其它种类蝴蝶的异种交配现象,所以排除了蓝月亮依靠其它物种的可能。同时,雌性蓝月亮体内的沃尔巴克氏体也并没有消失,传染能力并没有减弱,所以,并非是细菌本身的改变导致雄性蝴蝶再度恢复活力。那么,只有一种情况——蓝月亮自身基因突变,进化出了抑制“杀男”细菌的基因。

研究者推测,一只携带这种抑制基因的雄蝴蝶可能曾从邻近的岛屿抵达萨摩亚,它与当地的雌性交配,然后产下了一只携带了这种抑制基因的雄性蝴蝶,由于该基因有利于种族生存,不久,越来越多的蓝月亮拥有了这种抑制基因。

这一变化是惊人的,一般,科学家们认为自然选择是一个缓慢的过程,要经历几百或几千年的时间。但在这项研究中,从进化的时间尺度来看,蓝月亮的进化只不过是一眨眼的功夫,这是迄今为止科学家观测到的最快的进化过程。

最后的获胜者

其实,发生在蓝月亮身上的故事并不罕见,不少节肢动物都感染过专杀雄性后代的病菌。先前就有研究揭示,一些昆虫在面对几乎要沦为单性繁殖的压力时,会通过异乎寻常的方式来重新恢复其家族的性别平衡。在与沃尔巴克氏体的生存竞赛中,蓝月亮似乎是胜利了。但其实,这场生存之战的真正赢家是沃尔巴克氏体。

通常情况下,如果宿主进化出抵抗寄生菌的能力,这种寄生菌的数量应该减少。但在乌波卢岛和萨瓦伊岛,沃尔巴克氏体虽然没有再杀雄性蓝月亮,但它们在数量上也没有减少。这是因为它们具有操纵宿主的另外一个终极战略——造成细胞质不亲和。

沃尔巴克氏体会感染雄性蓝月亮的精子,对精子稍作改变,使得它们只能和同样被感染了的雌性交配,才能生下后代,要是和没有感染的雌性交配,就会出现细胞质不亲和,不会生育。由于未感染的雌性只能与未受感染的雄性交配,而雌性感染者可以与任何雄性交配,因此这样的传播方式实际上会导致被感染的蓝月亮越来越多。

斐济的沃尔巴克氏体也有这个本领,但从来没有被使用,因为它们一直在执着地杀死这个岛屿上的所有雄性蓝月亮。当蓝月亮进化出抑制基因后,沃尔巴克氏体改变了策略,但实际上,也能操纵蓝月亮。因此,抑制基因并没有抑制沃尔巴克氏体,反而是巩固了沃尔巴克氏体在蓝月亮体内的地位。

看来,在这场生存之战中,笑到最后的还是沃尔巴克氏体。然而,这场生存之战不会结束,只要蓝月亮存在,它们就会与沃尔巴克氏体展开殊死搏斗,这场“军备竞赛”将不断升级。

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