在人们的普遍认知中，高等动物想要孕育下一代，必然需要雄性精子与雌性卵子结合。21世纪以来，随着生物科学技术的发展，动物、植物乃至人类自身的生殖方式变得越来越多样化。

在7月28日发表于《当代生物学》的一项研究中，科学家首次利用基因工程技术，让通常需要雄性伴侣才能繁殖的雌性动物实现了“处女生育”，也就是“孤雌生殖”。这项研究，打开了人们生育方式新的窗口。《自然》杂志也对此做了相关的专题进行报道。

《自然》杂志的专题报道


揭秘孤雌生殖

“孤雌生殖”是一项令世人赞叹的科学成就，但并不鲜见。在自然界中，这种“孤雌生殖”的方式就十分普遍，部分昆虫、蜥蜴和鸟类繁殖并不需要雄性的参与，其后代可以从单独的卵子发育而来。

2006年，在英国的一家动物园中，一种被单独隔离饲养的雌性科莫多巨蜥，就在没有任何外力受精的情况下，自己产下了一枚卵。更惊奇的是，这颗卵竟然真的成功孵化出了一只科莫多巨蜥的幼崽，这也是人类有记录以来发现的第一例科莫多巨蜥“孤雌生殖”现象。

科莫多巨蜥


那么这个所谓的“孤雌生殖”到底是怎么产生的呢？

以科莫多巨蜥为例，这种动物的染色体比较特殊，它们的雄性染色体为ZZ，雌性染色体是WZ，当雌性长时间无法与雄性接触的时候，为了继续完成繁衍计划，它们就会自发把体内的卵细胞一分为二，一部分是单独的W染色体，另一部分则是单独的Z染色体。

同时这两个只有一个染色体的细胞会发生复制重组，进而产生两个WW和ZZ的胚胎。然而，这两个胚胎只有ZZ才能正常孵化生长，这也就导致雌性科莫多巨蜥通过孤雌繁殖繁衍的后代只能是雄性，而生出来的雄性巨蜥就能继续与亲一代进行交配了。

2023年，美国弗吉尼亚理工大学的科学家还记录了首例鳄鱼孤雌生殖案例：在哥斯达黎加的一个动物园中，一条独居16年的雌性鳄鱼——美洲窄吻鳄突然产下14枚蛋。科学家筛选出其中7枚进行人工孵化，最后成功得到一个完全成形的鳄鱼后代，不过这只唯一孵化的鳄鱼没能存活下来。相关研究成果发表于《生物学快报》。

科研人员解剖了这只死于足月的雌性鳄鱼宝宝，并对其进行了全基因组测序，结果惊奇地发现，它与母亲在基因上有99.9%以上是相同的。这也意味着，这个鳄鱼宝宝确定属于“孤雌生殖”。

美洲窄吻鳄，图源：《生物学快报》

由此可见，在动物界，“孤雌生殖”的现象十分常见。


孤雌基因的确定

在上述的例子中，科莫多巨蜥、美洲窄吻鳄都能通过自身的生物特性进行“孤雌生殖”。而在新的研究中，科学家首次利用基因工程技术，让通常需要雄性伴侣才能繁殖的雌性动物实现了孤雌生殖。

在这项研究中，研究人员为了确定孤雌生殖的基因，对两株Drosophila mercatorum果蝇的基因组进行了测序，一株需要雄性通过有性生殖才能繁殖，另一株可以在没有雄性的情况下通过孤雌生殖繁殖。

然后，他们通过将可以孤雌生殖的果蝇卵子的基因活性，与只能进行有性生殖的果蝇比较，识别出了在没有雄性的情况下进行繁殖时，哪些基因是开启的，哪些是关闭的。最终，研究人员确定了44个可能与孤雌生殖有关的基因。

通过基因工程改造的孤雌生殖果蝇的一条巨大染色体（图片来源：Robert Markus）

这篇研究论文的合著者、英国剑桥大学发育生物学家Alexis Sperling说：“早期研究已经确定了孤雌生殖的候选基因。而她和团队不仅精确定位了这些基因，还通过在另一个物种中激活它们证实了这些功能。”在尝试了各种基因组合后，研究团队发现了一种可诱导约11%雌性果蝇进行孤雌生殖的基因组合。而且这些经过基因工程改变的果蝇的一部分后代也能进行孤雌生殖。

Alexis Sperling指出，一些农业害虫能够通过孤雌生殖快速繁殖，这加剧了它们对农作物的破坏能力。因此，她希望研究哪些害虫防治策略会促使害虫依赖孤雌生殖，这将有助于控制害虫。


那么，“孤雌生殖”这一生殖策略可以应用到人类身上吗？

“虽然，果蝇中被操纵的基因与人类相同，但果蝇和人类的早期发育存在实质性差异。”Alexis Sperling说。因此，她认为这一壮举几乎不可能在任何其他动物身上实现，因为关于果蝇的数据非常丰富，而且孤雌生殖的研究非常困难。

在她看来，哺乳动物（包括人类），无论如何都不能进行处女生育，因为它们的繁殖需要来自精子的某些基因。但Sperling表示，未来可能有更多动物能实现“孤雌生殖”，而不是目前所知道的。