在1998版的电影《哥斯拉》中，主角一行人在寻找哥斯拉的过程中发现了哥斯拉产下的卵。正当人们猜测哥斯拉是否有一雄一雌时，一位生物学家指出，哥斯拉只有一头，这些卵都是孤雌生殖来的。

那么，电影中关于哥斯拉孤雌生殖的设定是否存在科学依据呢？

1998版电影《哥斯拉》

图片来源：finder.com.au

既当爹，又当妈

在早先的科普中，我们曾提到过，孤雌生殖(parthenogenesis)是自然界中某些生物在进行繁殖时不通过两性生殖细胞的融合，由卵子就能直接发育成子代个体的生殖现象。比如大理石纹小龙虾。

2006年，也就是98版《哥斯拉》播出的8年后，英国切斯特动物园的工作人员发现了一件怪事：动物园中一只叫做弗洛拉的雌性科莫多巨蜥产下了25枚卵，其中11颗卵是可孵化的。

大家可能要问了，科莫多巨蜥产卵不是好事吗？有什么好奇怪的。

是啊，产卵不奇怪，怪就怪在，弗洛拉产卵前没有和任何雄性科莫多巨蜥交配过，这也就意味着科莫多巨蜥可能存在孤雌生殖现象！

在这些卵孵化的过程中，有三枚卵出现了破损，这给科学家们后续的研究提供了材料，通过对分子标记进行分析，研究者们确定了弗洛拉产下的卵都来自于孤雌生殖。

从孤雌生殖产下的卵中孵化出的科莫多巨蜥

图片来源：参考文献1

除了弗洛拉，同期欧洲还有另外一只性成熟的科莫多巨蜥Sungai也独自产下了一批卵，并成功孵化出了4个后代，但Sungai产卵时距离她最近一次和异性有过接触已经有两年多了。科学家们一开始认为雌性科莫多巨蜥可能有长时间保存精子的办法，但后续的遗传测试表明，这四只科莫多巨蜥宝宝还是诞生于孤雌生殖。

不过，Sungai也可以进行正常的有性繁殖，在前述的孤雌生殖后，她和另外一只雄性巨蜥交配后，同样产下了另一个健康的后代。

Sungai产下的后代

图片来源：news.bbc.co.uk

Sungai的繁殖经历表明，在科莫多巨蜥中，孤雌生殖并不是固定的生殖特征，只有在必要时才进行孤雌生殖。

既然科莫多巨蜥中都存在孤雌生殖现象，那同为大蜥蜴的哥斯拉能通过孤雌生殖来繁衍后代就也并不是没有可能，电影主创的脑洞也不算天马行空。

突破遗传衰退壁垒的单亲妈妈

事实上，虽然有性繁殖过程在自然界中十分普遍，但单纯从生物学的角度来看，交配其实是一个很危险的过程。争夺交配权的过程有多么凶险自不必说，交配还需要耗费大量体力，也容易遭到天敌攻击。更有甚者，一些物种中，一些雄性在交配过后还会沦为雌性的食物。

部分情况下，雌性螳螂在交配后会吃掉自己的伴侣

图片来源：australiangeographic.com.au

既然如此，为什么有性生殖还如此普遍呢？

科学家们认为，有性繁殖可以增加后代的遗传多样性，从而增加后代们对环境的适应潜力。这解释了为什么大多数物种都朝着有性生殖的方向发展，即便科莫多巨蜥可以在某些时候进行孤雌生殖，大多数时候雌性也还是需要个对象。

不过，虽然有性生殖好处多多，但是还是有一些物种进行专性的孤雌生殖，比如鞭尾蜥属中的一些物种。

鞭尾蜥

图片来源：wildherps.com

那么问题又来了，专性生殖的鞭尾蜥属物种是怎么抵抗遗传衰退，维持谱系内的遗传多样性的呢？

在探讨这个问题之前，我们先插入个有趣的例子，在对弗洛拉和她的后代进行遗传分析时，科学家们发现它们并不是完全相同的克隆。接着他们将弗洛拉后代的遗传多样性和弗洛拉进行比较，我们发现，一些遗传位点的杂合性在后代中遗失了。

举个例子，我们以下图中的K03和K05这两个遗传位点为例，弗洛拉的这两个遗传位点都为杂合状态，为了方便理解，我们假设她的这两个位点为AaBb，我们再看她的三个后代，K09个体这两个位点为AABB，K10个体为aaBB，R0627个体为AAbb，相较于母体，每个子代的遗传多样性都发生了一定的衰退。

弗洛拉的后代在遗传上并不完全相同

图片来源：参考文献1

但这样的遗传衰退在孤雌生殖的鞭尾蝎中似乎并不存在，这也引起了科学家们的关注。2011年，一项发表在期刊《自然》上的研究回答了上面这个有趣的问题。科学家们通过比较鞭尾蜥属中有性生殖和专性孤雌生殖的物种在减数分裂过程中的异同，找到了孤雌生殖物种维持遗传多样性的小奥秘。

咱们先来温习一下高中课本上的减数分裂的小知识。

性在减数分裂的过程中，初级卵母细胞中的DNA复制一次，而后细胞连续分裂两次，最终会形成一个卵细胞和三个极体。在初级卵母细胞DNA复制后，同源染色体会发生联会，在这个过程中，非姐妹染色单体之间的相同位置可以发生片段互换，使得同源染色体间发生重组。

正常卵母细胞减数分裂过程

图片来源：参考文献2

对于孤雌生殖的物种来说，想要产下可以孵化的卵，那初级卵母细胞可不能只复制一次，应该是要复制两次。事实也确实如此，研究表明，孤雌生殖的鞭尾蜥属物种的初级卵母细胞中的DNA含量是两性生殖物种的两倍。

满足了遗传物质复制两次这个前提条件后，我们再来看看孤雌生殖的鞭尾蜥按照正常减数分裂流程产下的卵的遗传多样性会是怎样。

在这种假设之下，在初级卵母细胞中会有两对一样的复制过后的同源染色体，每一对同源染色体都会发生联会，然后发生片段交换。这样一来，在下次分裂时，卵细胞中的两条同源染色体可能存在完全一样的片段，这就降低了后代的遗传多样性。

假设同源染色体发生联会的情况下，孤雌生殖物种的卵母细胞的减数分裂过程

图片来源：参考文献2

那么，孤雌生殖的鞭尾蜥是怎么解决这个问题的呢？

大家可能也猜到了，鞭尾蜥妈妈选择另辟蹊径，让姐妹染色体进行配对，这样即使配对期间发生片段的交换，那也是一样的东西换一样的东西，就不存在遗传多样性的丢失了！

假设姐妹染色体发生配对的情况下，孤雌生殖物种的卵母细胞的减数分裂过程

图片来源：参考文献2

多么神奇的鞭尾蜥，一个减数分裂过程的细微调整就足以让孤雌生殖的物种摆脱遗传衰退，这无疑增进了我们对于繁殖行为演化的理解~

孤雌生殖能让濒危物种迎来新生吗？

除了科莫多巨蜥，另外一个濒危的物种--加州兀鹫，也被发现存在孤雌生殖。科学家们在为这种极度濒危的鸟儿构建DNA族谱时偶然发现，有一些兀鹫在族谱上找不到自己的父亲。这几乎是不可能的事，因为目前所有的加州兀鹫个体都是由当年仅剩的野外个体繁殖而来，唯一可能的解释就是兀鹫妈妈通过孤雌生殖产下了后代。

加州兀鹫

图片来源：参考文献3

虽然加州兀鹫和科莫多巨蜥都只会在特殊的时候通过孤雌生殖繁衍后代，但如果搞清楚这些单亲妈妈在什么时候、什么条件下才会进行孤雌生殖，或许就能够推进这些濒危物种的保护工作。

就在2020年，美国田纳西州查塔努加动物园的雌性科莫多巨蜥Charlie在没有雄性伴侣的情况下成功产卵，并孵化出了3只幼崽。

该动物园的总裁在一次新闻发布会上说：这些刚孵化的小科莫多巨蜥代表了这个物种的光明未来。而这也是孤雌生殖机制为物种保护带来的新可能。

参考文献：

[1] Watts, P. C., Buley, K. R., Sanderson, S., Boardman, W., Ciofi, C., & Gibson, R. (2006). Parthenogenesis in Komodo dragons. Nature, 444(7122), 1021-1022.

[2] Lutes, A. A., Neaves, W. B., Baumann, D. P., Wiegraebe, W., & Baumann, P. (2010). Sister chromosome pairing maintains heterozygosity in parthenogenetic lizards. Nature, 464(7286), 283-286.

[3] Ruiz‐Miranda, C. R., Vilchis, L. I., & Swaisgood, R. R. (2020). Exit strategies for wildlife conservation: why they are rare and why every institution needs one. Frontiers in Ecology and the Environment, 18(4), 203-210.

作者：EVEE（北京大学生命科学学院）

中国科普博览是中科院科普云平台，由中科院计算机网络信息中心主办，依托中科院高端科学资源，致力于传播前沿科学知识，提供趣味科教服务。