有些昆虫,只有“女儿”才有爸爸
不管是哪种机制,肯定都是出于昆虫对环境的一种适应,这样它们才会使自己的物种更丰富,才会更容易生存下来
邹媛 · 中山大学生态学院副教授
格致论道·湾区第16期 | 2022年3月30日 广州
我们人类有男性和女性之分,在动物界当中,哺乳动物、鸟类或者一些小小的昆虫,甚至植物也都有雌雄性之分。为什么呢?这是因为大多数生物都是通过有性生殖来繁育后代的。
不同动物的不同性别决定方式
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亚里士多德(Aristotle,公元前384~前322)
《论动物的繁殖》(公元前335)
在著作《论动物的繁殖》当中,亚里士多德对动物的性别决定方式有过自己的阐述,他认为动物的性别是由雄性精液的温度所决定的:在雌性跟雄性的交配的过程中,如果雄性精液的温度高,那么将生出雄性,如果温度较低,生出来的是雌性。
虽然当时生物学不是特别发达,人们的认知也比较有限,但这种温度决定性别的观点,科学家证实确实在某些动物中存在。比如爬行动物,包括一些乌龟、海龟、蜥蜴、鳄鱼等。
这些动物都是卵生生物。雌性跟雄性交配过后,将卵产在体外,卵在环境当中孵化生成后代。那么在卵的孵化过程当中,环境的温度就能够对幼体的性别产生影响。
Lockley et al., 2021
这张图显示的就是温度跟性别决定的关系,横坐标中蓝色表示相对较低的温度,红色表示相对较高的温度。例如第一张图是海龟的性别情况,如果在低温环境下,所有海龟蛋孵出来的都是雄性,而高温环境下孵出来的都是雌性。
https://www.pngsucai.com/
我们都知道,妈妈的性染色体是XX型,是两条相同的X性染色体;爸爸的性染色体是XY型,是两条不同的X和Y性染色体。妈妈只能产生一种性染色体的卵子跟爸爸的精子结合。如果是跟含有X性染色体的精子相结合的话,他们将会有一个女儿;如果是跟含有Y性染色体的精子相结合的话,他们的宝宝将会是儿子。所有的哺乳动物都是这种“XX/XY型”的性别决定方式。
https://learn.genetics.utah.edu/(左)
https://www.pngsucai.com/(右)
这些昆虫中,只有女儿才有父亲
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星天牛(上左) 伊蚊(上右)
眼斑拟花萤(下左) 红头芜菁(下右)
图片来自陈华燕
枯叶蛾(左) 阿格斯蝴蝶(右)
图片来自陈华燕和百科
父本基因组消除型
Blackmon et al., 2017
介壳虫(左) 蕈蚊(右)
图片来自 WordPress, Robert Webster, Gilles San Martin 2017
单双倍体性别决定
Blackmon et al., 2017
另外一类是“单双倍体性别决定”,跟“父本基因组消除型”有相似之处。在这个类群当中,也是雌性二倍体、雄性单倍体的模式。雌性跟雄性交配过后,产生的受精卵发育为雌性;但“妈妈”也可以选择不交配,单凭自己产生单倍体卵子,卵子直接发育为雄性。
蜜蜂(左) 蚂蚁(右)
图片来自陈华燕
寄生蜂的单双倍体性别决定机制
寄生蜂:昆虫界的“大魔王”
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为什么叫寄生蜂呢?因为它是一种寄生在其他生物上的蜂,它们会将自己的卵产在寄主的体表或者体内,用寄主的身体完成自己的生命周期。
Danneelset al., 2010
可能有人会问,为什么我要选择研究这个物种呢?这与我个人的科研经历有关。我在念博士的时候,去到了荷兰格罗宁根大学,参与的课题组正在对蝇蛹金小蜂进行各种生物学研究。蝇蛹金小蜂是寄生蜂里的模式生物,就像果蝇是昆虫学研究的模式生物一样,我们对寄生蜂的生物学研究大多都是从蝇蛹金小蜂开始的,从此我便一直跟这些寄生蜂打交道了。
烟蚜茧蜂寄生蚜虫
夜蛾黑卵蜂寄生斜纹夜蛾卵
垂叶榕金小蜂交配,有翅为雌性
跳小蜂寄生粉蚧
正是由于寄生蜂有这些特性,它们能不能为我们人类所用呢?假设它寄生的虫子恰好对我们人类有害,危害我们的生活生产,这样我们就可以应用这些寄生蜂,让它去消灭害虫。
图片来自 NC State University
例如在牧场里,丽蝇的成虫会将自己的卵产在动物的伤口上,它们的幼虫就会啃食这些伤口,最后导致动物伤口发炎、感染,严重的时候甚至会死亡。如果将蝇蛹金小蜂引入到牧场中,蝇蛹金小蜂就会将自己的卵产在丽蝇的蛹里边,就可以达到消灭丽蝇种群的目的。
我前期的工作就是以蝇蛹金小蜂为研究对象,对它的性别决定机制进行研究。前面提到,蝇蛹金小蜂具有单双倍体性别决定的特性,是由“父亲”决定“女儿”的发育,所以关注“爸爸”的染色体是最容易的一种入手方式。
最后,可能有朋友会问,你讲了昆虫当中有X/Y型、Z/W型、父本基因组消除型,还有单双倍体性别决定等,为什么昆虫的性别决定方式如此多样呢?
对我个人而言,不管是哪种机制,肯定都是出于昆虫对环境的一种适应,这样它们才会使自己的物种更丰富,才会更容易生存下来。至于从进化的角度来说,是什么力量推动这种新的方式产生,还需要我们更多的研究。
谢谢大家!
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