大理石纹螯虾是如何进行“自我复制”来繁殖的?

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所属分类:水族杂谈

大理石纹鳌虾,有学者建议命名为“处女鳌虾”,是自然产生的三倍体雌性龙纹鳌虾,进行单性生殖(孤雌生殖):

目前推测大理石纹鳌虾于二十世纪九十年代(最晚 1995 年)起源于水族馆中,减数分裂发生的随机错误或是水温变动的影响产生了一颗二倍体卵子,该卵子受精并发育成三倍体个体,单独建立了种群。这是在一代间建立了生殖隔离、形成了新物种。

人们对孤雌生殖物种有很多误解,例如大谈“容易感染病原体而灭绝”之类,需要纠正。

其中,有人用绿水螅的图片表示“菌”,在他人指出后声称“为了美观牺牲客观”,很需要纠正。

2021 年,实验发现采集自不同地区的大理石纹鳌虾的单核苷酸多态性较低;与此同时,大理石纹鳌虾明显在对新入侵地区存在的高盐度的水做出适应,扩张至祖先未到之地,并在体色、花纹、体型大小上表现出地理差异。大理石纹鳌虾对欧洲气温的适应可能主要来自表观遗传,这是因为实验显示其基因组甲基化程度比龙纹鳌虾显著降低。

大理石纹鳌虾携带鳌虾瘟疫真菌 Aphanomyces astaci,可以传染给世界各地对此敏感的鳌虾(主要是欧洲的鳌虾物种),自身保有北美鳌虾对该病的抗性。讽刺的是,十九世纪以来在该真菌影响下濒临灭绝的欧洲鳌虾均为有性生殖物种。

基因组中的大部分遗传多样性是中性的,既不会提高也不会削弱个体生存或产生后代的能力。生物的环境耐性(包括疾病抗性)相关的基因,影响个体生存或产生后代的能力的遗传多样性,存在于基因组内非常特定的区域龙纹短鲷寿命,与全基因组的遗传多样性完全无关。快速传代、大量繁殖的无性生殖物种或孤雌生殖物种完全可以拥有压倒有性生殖物种的环境耐性。

不限于无性生殖或孤雌生殖,许多入侵物种抵达新地区时只有数个个体,基因多样性暴跌,但迅速发展为庞大的新种群,并在特定的基因上显示出迅速适应。2021 年,科学家在入侵物种“绿蟹”身上再次确认了这件事。

大理石纹鳌虾有 276 条染色体,龙纹鳌虾为 184 条。但是,大理石纹鳌虾似乎存在一些基因丢失龙纹短鲷寿命,其总碱基对数约为龙纹鳌虾的 140% 而不是 150%,这也有助于二者产生生殖隔离。在这样的丢失过程中大量基因会重新排列,与拷贝数的变化一起改变生物的蛋白质合成规律和性状。大理石纹鳌虾的最大体长、最大寿命、单次产卵数都大幅超过龙纹鳌虾,性成熟所需的时间相近。

Bdelloid rotifer 和 Darwinulid ostracods,通称“进化丑闻”,在没有经历有性重组的情况下持续了约 8000 万年到 1 亿年,分别产生了 360 个和 28 个物种(Butlin,2002 年;Mark Welch 等,2009 年;Schön 等,2009 年)。几个现存的孤雌生殖竹节虫谱系在没有经历有性重组的情况下持续了超过一百万代(Schwander 等,2011 年)。孤雌生殖的长期持续存在可以解释为有害突变被表观遗传沉默、表观遗传多样性可以执行序列多样性的功能(例如抑制寄生虫、适应环境),随着时间流逝,表观遗传多样性可能被碱基变化固定为序列多样性,最终产生新物种(Vogt,2015 年)。

参考Martin, P。, Kohlmann, K。 & Scholtz, G。 The parthenogenetic Marmorkrebs (marbled crayfish) produces genetically uniform offspring。 Naturwissenschaften 94, 843–846 (2007)。Vogt, G。 et al。 Production of different phenotypes from the same genotype in the same environment by developmental variation。 J。 Exp。 Biol。 211, 510–523 (2008)。Kato, M。, Hiruta, C。 & Tochinai, S。 The behavior of chromosomes during parthenogenetic oogenesis in Marmorkrebs Procambarus fallax f。 virginalis。 Zool。 Sci。 33, 426–430 (2016)。

Maiakovska, O。, Andriantsoa, R。, Tönges, S。 et al。 Genome analysis of the monoclonal marbled crayfish reveals genetic separation over a short evolutionary timescale。 Commun Biol 4, 74 (2021)。 Günter Vogt, Cassandra Falckenhayn, Anne Schrimpf, Katharina Schmid, Katharina Hanna, Jörn Panteleit, Mark Helm, Ralf Schulz, Frank Lyko; The marbled crayfish as a paradigm for saltational speciation by autopolyploidy and parthenogenesis in animals。 Biol Open 15 November 2015; 4 (11): 1583–1594。 doi: João C。

Teixeira et al。 The inflated significance of neutral genetic diversity in conservation genetics, Proceedings of the National Academy of Sciences (2021)。 DOI: 10。1073/pnas。2015096118Carolyn K。 Tepolt et al, Balanced polymorphism fuels rapid selection in an invasive crab despite high gene flow and low genetic diversity, Molecular Ecology (2021)。 DOI: 10。1111/mec。16143

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