這種魚自我複製了10萬年──科學家終於解開謎底

女性之力

秀美花鱂是一種魚鰭渾圓、不比拇指大的小型魚類；牠們的英文俗名（Amazon molly）取自希臘神話中的亞馬遜女戰士族（Amazons）。大約10萬年前，一隻雌性短鰭花鱂（Poecilia mexicana）看上了一隻雄性茉莉花鱂（Poecilia latipinna）。雖然跨物種交配通常只會生出不孕的後代，但這一次牠們卻誕生了一個全新的物種，能以胎生的方式生下與自己一模一樣的複製體。儘管秀美花鱂還是需要與其他物種的雄性花鱂交配，才能觸發自我複製的流程。這個卵子受到精子活化的過程稱為「雌核發育」（gynogenesis），但雄性的DNA不會留存到後代身上。

秀美花鱂在1932年被發現時，是當時科學界所知第一種能進行無性生殖的脊椎動物。即便科學家在此後陸續發現了數十種脊椎動物也具有相同的本事，例如科摩多龍和雙髻鯊就深諳此道，但秀美花鱂依然是極少數「只靠」無性生殖繁衍的脊椎動物之一。」

秀美花鱂是怎麼做到的，至今仍是個謎。根據現有的遺傳突變累積模型，無性生殖物種的基因組會隨世代交替不斷劣化。「〔照現有模型推算，秀美花鱂〕繁衍約1萬年後便應走向滅絕，」慕尼黑大學計算生物學家、本研究共同作者愛德華・萊斯邁爾（Edward Ricemeyer）說：「然而牠們存續的時間遠不止於此，這正是矛盾之所在。」

時任密蘇里大學研究科學家的萊斯邁爾，從2019年就開始研究秀美花鱂了。他指出，科學家至今仍無法解釋為什麼無性生殖物種──尤其是像脊椎動物這麼複雜的生物──不會被有害突變淹沒；畢竟，天擇很難持續把有害突變挑出來淘汰。

為了解開這道謎題，萊斯邁爾和同事檢視了好幾隻秀美花鱂的基因體。結果發現，這些魚早就在默默進行自己的「基因大掃除」好幾萬年了。

基因分析顯示，有害突變在秀美花鱂體內出現的頻率，跟牠們行有性生殖的近親差不多。但關鍵在於，秀美花鱂似乎會利用一種罕為人知的基因機制，把這些有害突變一一清除或修復。

這種機制叫做基因轉換（gene conversion），用從另一條染色體複製而來的正確DNA序列，取代出問題的那一段。雖然包括人類在內的哺乳動物也有這個能力，但主要是拿來修補DNA損傷。

但對秀美花鱂來說，基因轉換勝任了有性生殖物種中基因「互換重組」的角色。「互換重組」是有性生殖時，父母雙方混合基因的方式；而基因轉換在秀美花鱂身上帶來的遺傳變異性，讓天擇免於無米之炊，能剔除和修復那些不合時宜的突變。

縱然科學家早就猜測無性生殖物種可能有類似的變通之道，「但這是第一次真正被證實確有此事。」萊斯邁爾說。

無性生殖的秘密

「萊斯邁爾和同事在秀美花鱂基因體發現的現象，很可能也正在其他無性生殖物種身上發生，只是還沒人證實罷了。」未參與此次研究的奧斯陸大學微生物學家暨教授邁卡・鄧索恩（Micah Dunthorn）說。

鄧索恩期盼未來能在其他無性生殖物種身上看到類似的研究：「看看這個機制在其他動物、植物和真菌中到底有多普遍，抑或是在真核微生物或原生生物身上是不是也有同樣的事情，那多有意思啊！」

由於在目前已知透過複製方式來繁殖的數千種生物中，科學家深入研究到基因體層級的只有寥寥幾種。因此目前還不清楚是不是所有無性生殖物種都運用了類似的基因工具，萊斯邁爾和鄧索恩寄望未來的研究能給出答案。萊斯邁爾認為，大自然很可能發展出了不只一種方式來應對無性生殖的代價：「除非我們真的花時間去研究，不然永遠不會知道那些方式是什麼。」

「理解這些基因的能耐，可能帶來各式各樣的應用。」萊斯邁爾表示，從基因改造農作物到治療疾病，都相當可期，「尤其癌症就是某一株細胞不斷累積突變，導致失控愈長愈多，最終把正常細胞都擠掉的疾病。」秀美花鱂本身就已經夠迷人了，而牠們的複製絕技，或許還能教會我們人類一些對抗重大健康威脅的關鍵知識。

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