長(zhǎng)得像蚯蚓的蛇，堪稱動(dòng)物界“女兒國國王”

鉤盲蛇是世界上已知最小的蛇類之一，因其體形微小，常藏在花盆土壤里，在植物貿(mào)易中被廣泛傳播，因此也被稱為“花盆蛇”。鉤盲蛇有點(diǎn)像蚯蚓，不過它的繁殖方式卻很特別，被稱為動(dòng)物界“女兒國國王”，因?yàn)槟壳鞍l(fā)現(xiàn)的鉤盲蛇個(gè)體都是雌性，無需交配就能生下后代。

鉤盲蛇繁殖背后到底隱藏著怎樣的奧秘？近期，中國科研團(tuán)隊(duì)在《科學(xué)進(jìn)展》上發(fā)表研究成果，首次通過多組學(xué)技術(shù)破解了該物種的三倍體基因組構(gòu)成、孤雌生殖的分子機(jī)制及其進(jìn)化意義，為理解脊椎動(dòng)物多倍體形成和孤雌生殖適應(yīng)性提供了新的見解。

小小鉤盲蛇藏著大秘密

在自然界中，大多數(shù)動(dòng)物需要“父母雙方”才能繁衍后代，鉤盲蛇卻是個(gè)例外。更特別的是，普通動(dòng)物通常只有兩套染色體，分別來自父母的精子和卵子的結(jié)合，而鉤盲蛇卻有三套完整的染色體。這種三倍體結(jié)構(gòu)如同自帶三重備份的硬盤，讓它選擇繞過常規(guī)繁殖模式。

科研人員通過對(duì)鉤盲蛇與其他兩種蛇類迪亞氏盲蛇和坎托爾蟒蛇的基因組比較分析發(fā)現(xiàn)，鉤盲蛇的祖先可能在4100萬年前經(jīng)歷了兩次跨物種“聯(lián)姻”，意外獲得了三套染色體，并通過染色體融合實(shí)現(xiàn)了基因組的穩(wěn)定傳遞。

其實(shí)，自然界中也存在一些類似的三倍體孤雌繁殖動(dòng)物，例如某些壁虎、鞭尾蜥，以及少數(shù)魚類和兩棲動(dòng)物等。不過，像鉤盲蛇這樣能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定以此方式繁衍，并分布如此廣泛的物種仍屬鳳毛麟角。除南極洲之外，鉤盲蛇在其他各大洲均有分布。

鉤盲蛇是世界上已知最小的蛇類之一

傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為，孤雌生殖由于缺乏基因重組，無法通過兩性繁殖清除基因組中的有害突變，導(dǎo)致有害基因逐代累積，最終使物種走向滅絕。按照這種觀點(diǎn)，純孤雌繁殖的脊椎動(dòng)物種群通常只能延續(xù)幾萬代。然而鉤盲蛇卻打破了這一規(guī)律，它們通過無性繁殖方式已成功存活數(shù)千萬年，展現(xiàn)出遠(yuǎn)超預(yù)期的進(jìn)化韌性。

科研人員進(jìn)一步通過比較基因組學(xué)發(fā)現(xiàn)，鉤盲蛇通過特殊機(jī)制破解了這道進(jìn)化難題。它的三套基因組之間存在天然兼容性，約10%的基因保留了祖先的“通用版本”，避免了多套基因“打架”。在生殖過程中，鉤盲蛇也會(huì)主動(dòng)關(guān)閉部分基因功能，通過免疫基因缺陷減少亞基因組間的免疫反應(yīng)，從而促進(jìn)雜交基因組的形成，確保孤雌生殖的順利進(jìn)行。

研究還發(fā)現(xiàn)，鉤盲蛇卵巢細(xì)胞中大量活躍的DNA修復(fù)酶能主動(dòng)修復(fù)遺傳信息傳遞過程中的損傷和復(fù)制錯(cuò)誤，這種持續(xù)維護(hù)機(jī)制有效保障了后代基因組的完整性，使其避免了因長(zhǎng)期孤雌繁殖導(dǎo)致的基因組退化風(fēng)險(xiǎn)，而沒被淘汰出局。

單身女王的“環(huán)球旅行”

雄性功能退化，是鉤盲蛇為了維持孤雌生殖付出的代價(jià)?？赡茉跀?shù)千萬年前，鉤盲蛇的“男朋友”就因?yàn)槟承┨厥鈴?fù)雜的遺傳事件，從地球上消失了，留下“女王們”獨(dú)自穴居，繁衍至今。

基因組學(xué)研究揭示了鉤盲蛇獨(dú)特的進(jìn)化策略：其基因組中大量免疫和精子生成相關(guān)基因發(fā)生功能退化，特別是雄性精子形成的關(guān)鍵基因逐漸失活。這種通過舍棄雄性生殖功能換取孤雌生殖優(yōu)勢(shì)的路徑選擇，使其擺脫了尋找配偶的生存壓力。值得注意的是，這種繁殖策略的轉(zhuǎn)變可能增強(qiáng)了其環(huán)境適應(yīng)能力，為物種延續(xù)提供了新的進(jìn)化方向。

鉤盲蛇亞基因組演化歷史

在自然界，多數(shù)動(dòng)物都遵循兩性繁殖的規(guī)則，但有的物種在正常情況下依賴有性生殖，即需要雌雄交配；在特殊環(huán)境，如缺乏雄性、極端壓力等下，雌性個(gè)體可自主啟動(dòng)孤雌生殖的繁殖方式。這種現(xiàn)象被稱為“兼性孤雌生殖”。鉤盲蛇則是完全不依賴異性的“專性孤雌生殖”典型，種群中無雄性個(gè)體，始終以單性繁殖方式延續(xù)后代。

鉤盲蛇的擴(kuò)散方式與其生態(tài)習(xí)性密切相關(guān)。這種穴居物種常棲息于花盆土壤中，借助人類植物貿(mào)易活動(dòng)實(shí)現(xiàn)跨洋遷徙，逐步形成全球性分布格局。研究表明，不同地理種群的亞基因組拷貝數(shù)存在顯著差異，這種基因組層面的可塑性可能為其適應(yīng)多樣化生境、實(shí)現(xiàn)全球擴(kuò)張?zhí)峁┝酥匾A(chǔ)。

這種“無牽無掛”的繁殖策略幫助鉤盲蛇成為了“環(huán)球旅行家”，當(dāng)在庭院中發(fā)現(xiàn)形態(tài)類似蚯蚓的小型蛇類時(shí)，不妨多看一眼，這種生物很可能正是孤雌生殖的爬行動(dòng)物代表物種——傳說中的“蛇界女王”，其進(jìn)化歷程或許就藏匿于我們習(xí)以為常的生態(tài)環(huán)境之中。

鉤盲蛇的生存實(shí)例表明，孤雌生殖并不代表進(jìn)化路徑的末端。其獨(dú)特的三倍體基因組結(jié)構(gòu)揭示出生物功能可塑性對(duì)物種存續(xù)的深刻影響，這一發(fā)現(xiàn)拓展了科學(xué)界對(duì)瀕危物種保護(hù)機(jī)制的認(rèn)知邊界——基因組層面的適應(yīng)性調(diào)整可能成為某些物種規(guī)避滅絕風(fēng)險(xiǎn)的重要演化策略。

鉤盲蛇的相關(guān)研究也為理解動(dòng)物孤雌生殖和多倍體形成機(jī)制提供了一個(gè)獨(dú)特視角，有助于理解動(dòng)物多樣化生殖方式的起源，為探索其他類群的染色體演化歷史和物種多樣性保護(hù)提供了新思路。