無需雄性,蟑螂也能穩定繁殖!

蟑螂,應該是我們生活中最想滅絕掉的害蟲之一。牠們污染我們的食物,破壞我們的家電,傳播很多疾病,還長得非常醜陋(尤其在這個看臉的時代)。可是我們經常也會困惑,為什麼小強越殺越多?似乎牠們總能源源不斷的產生出很多的後代。最近日本北海道大學的一項研究發現似乎找到了答案:研究中發現,只要三隻以上的雌性蟑螂生活在一起,牠們就可以通過孤雌繁殖的方式快速生產後代,整個過程完全不需要雄性的參與。

討人厭的小強。圖片來源:123RF
討人厭的小強。圖片來源:123RF

孤雌生殖是自然界中存在的一種奇妙的生殖現象,指的是動植物的卵子不需要受精過程,就能單獨發育成後代的生殖方式。在整個生殖的過程中不需要雄性動物的參與,產生的後代完整的複制了母體的性狀。通常,孤雌生殖出現在無脊椎動物中比較多,比如說輪蟲,線蟲和節肢動物中。但有的時候在部分脊椎動物中也會出現,比如某些蛇類和鯊魚。對於大多數可以孤雌生殖的動物來說,如果有雄性個體存在,牠們會選擇有性生殖。只有當牠們感受到沒有雄性個體存在的時候才會進行孤雌生殖。長遠來看,因為孤雌生殖產生的後代有更少的多樣性,所以這些後代沒有有性生殖產生的後代健康。但是從短期來看,孤雌生殖保證了族群中個體數量的快速增加,可以更加快速的佔領新的棲息地。比如蚜蟲就是這樣,在春天的或者秋天的時候,因為食物數量有限,蚜蟲通過有性生殖來繁殖,但是在夏天,當食物充足的時候,大多數蚜蟲就會轉向孤雌生殖了[1]

蟑螂既可以進行有性生殖,也可以進行孤雌生殖。在蟑螂繁殖的過程中,雌性僅需要交配一次,就可以終生產出受精卵,受精卵會被包裹在特殊的膠質囊內,形成卵鞘。卵鞘堅硬,光滑,防水性好,保護了內在胚胎的發育。進行孤雌生殖的雌性蟑螂也可以在不交配的前提下產生卵鞘。但是科學家們一直好奇是什麼因素引發了蟑螂的孤雌生殖,尤其是對於群居的蟑螂來:只是簡簡單單的沒有雄性的存在就會讓蟑螂轉向孤雌生殖,還是牠們生活的社會環境在這個過程中也發揮著作用呢?在北海道大學的研究中,研究者們仔細研究了蟑螂所在社會環境對於牠們孤雌生殖的影響。

A)左邊是孤雌生殖產生的卵鞘,右邊是有性生殖產生的卵鞘;B)打開一個卵鞘裡面可以看到很多蟑螂的卵。圖片來源:參考文獻[2]
A)左邊是孤雌生殖產生的卵鞘,右邊是有性生殖產生的卵鞘;B)打開一個卵鞘裡面可以看到很多蟑螂的卵。圖片來源:參考文獻[2]
實驗中所用的蟑螂都是沒有交配過的雌性,科研人員們首先比較了一隻雌性和一對蟑螂情侶(一雌一雄),發現牠們的生產第一個卵鞘的時間上並沒有明顯的差別,但是單獨的雌性在生二胎(第二個卵鞘)的時間上明顯落後於蟑螂情侶,這也與之前的研究結果相一致。然後科研人員比較了一隻雌性與一組雌性(包括兩隻一組,三隻一組,五隻一組)在產卵時間上的差別。結果令人吃驚。生活在一起的雌性比單隻雌性的產卵時間短很多。更神奇的是這些生活在一起的好姐妹們在產卵時間上步調非常的一致,同一次產卵時間前後差別特別的小。似乎生活在一起的雌性蟑螂發現沒有雄性的存在的時候,就紛紛商量好在同一個時間生孩子玩一樣。而且生活在一起的雌性數量越多,她們產卵的時間就越早。

五隻一組的雌性蟑螂(左)生產第一個卵鞘(紅線)和第二個卵鞘(藍線)的時間比單個雌性(右邊)的時間短很多。圖片來源:參考文獻[2]
五隻一組的雌性蟑螂(左)生產第一個卵鞘(紅線)和第二個卵鞘(藍線)的時間比單個雌性(右邊)的時間短很多。圖片來源:參考文獻[2]
實驗中,科研人員還驗證了蟑螂性別和雌性激素對於孤雌生殖的影響。科研人員將一隻雌性蟑螂和一隻或者兩隻被閹割的雄性蟑螂放在一起飼養,同時觀察那一隻雌性的產卵時間。結果顯示,正常的雌性和被閹割的雄性在一起的時候,牠的產卵時間會比聚集在一起的雌性的產卵時間晚很多。說明這種聚集在一起更快生蟑螂的現像只發生在雌性群體中。非雌性個體的出現不會加速這個過程。

研究人員又為雌性個體定期提供雌性激素,來造成牠們生活在群體中的假象。但是雌性激素並沒有欺騙單獨的雌性個體,牠們的產卵時間並沒有被提前。顯然,只有當雌性個體真的生活在一個完全由雌性組成的群體中的時候,牠們的產卵時間才會被提前。科研人員推測,蟑螂需要雌性散發特有的化學信號才可以完成孤雌生殖,並非因為性激素或者其他非揮發性的化學信號的參與。

雖然孤雌生殖產生的卵鞘的孵化率比有性生殖產生的卵鞘的孵化率低,但是,雌性蟑螂只通過孤雌生殖就可以維持牠們的族群。研究人員在2013年12月至2017年2月期間飼養了15隻沒有交配過的雌性個體。在這三年多的時間裡,通過孤雌生殖繁殖,這15隻雌性蟑螂把族群數量穩步增加到300多隻,跨越了四個世代。

實驗中飼養的蟑螂,三年的時間裡蟑螂種群只通過孤雌生殖,從15隻雌性蟑螂擴增到300只。圖片來源:參考文獻[2]
實驗中飼養的蟑螂,三年的時間裡蟑螂族群只通過孤雌生殖,從15隻雌性蟑螂擴增到300隻。圖片來源:參考文獻[2]

很多時候,我們利用雌性激素來誘捕雄性蟑螂,希望用這種方法來消滅家裡蟑螂。可是顯然這是不夠的,因為即便只有雌性,蟑螂們還是能保持牠們族群數量的穩定。再加上蟑螂雌性個體比雄性個體更大,生命週期更長,能更好的適應新的環境,這就讓牠們更具有競爭優勢。所以徹底的清除牠們似乎不是一件簡單的事情。更好的理解蟑螂孤雌生殖的誘發因素,可能會為將來我們更好的控制蟑螂帶來新的思路。

參考資料:

  1. Cocco J et al. Canadian Journal of Zoology (2013) 91:183-190 DOI: 10.1139/cjz-2012-0289
  2. Katoh K et al. Zoological Letters (2017) 3:3 DOI 10.1186/s40851-017-0063-x

撰文:沒鹿角的喬巴

編輯:明天

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