这条鱼已自我克隆了十万年

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地球是一个奇迹

物种｜巴西

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当一条亚马孙花鳉（Amazon molly）声称自己无需雄性相伴时，你尽可以相信。

这种小型鱼类栖息于墨西哥与南得克萨斯州的淡水溪流之中，所有个体均为雌性，且完全依靠无性繁殖繁衍后代——直接产下与自身基因完全一致的克隆体。 

这一特性看似令人称羡，却构成了一道进化悖论。根据进化论观点，物种至少需要进行一定程度的有性繁殖，才能维持基因多样性，从而降低灭绝的风险。

那么，这些鱼类究竟是如何在数千年的时间里蓬勃生存、不断繁衍的？

发表于《自然》（Nature）的一项全新研究显示，亚马孙花鳉并未出现无性繁殖理论上会引发的各类负面影响。不仅如此，它们似乎还掌握着一件对抗无性繁殖劣势的“秘密武器”。

这项研究成果，为揭开亚马孙花鳉及其他无性繁殖物种得以规避灭绝的机制，提供了全新的思路。

雌性之力

亚马孙花鳉身形小巧，鳍部圆润，体长不过拇指大小。它们以希腊神话中的女性战士部族命名，约十万年前首次现身世间——其起源是一条雌性大西洋花鳉（Atlantic molly）与一条雄性帆鳍花鳉（Sailfin molly）的结合。

通常而言，不同物种交配所产生的后代大多无法生育，而这次结合却孕育出了能够直接产下自身克隆体的全新物种。

这类鱼类确实需要与其他花鳉物种的雄性进行交配，才能触发自我克隆的过程，这一机制被称作雌核发育，但它们的后代绝不会继承这些雄性亲本的DNA。

1932年亚马孙花鳉被人类发现时，是已知首个具备无性繁殖能力的脊椎动物。在此之后，人们又陆续发现数十种脊椎动物拥有同样的能力，其中包括科莫多龙（Komodo dragon）与锤头鲨（hammerhead shark），但亚马孙花鳉是极少数完全依赖无性繁殖的脊椎动物。

长久以来，它们得以实现这一特殊繁殖方式的原因，始终是一个未解之谜。

慕尼黑路德维希-马克西米利安大学（Ludwig Maximilian University of Munich）计算生物学家、该研究合著者爱德华·赖斯迈尔（Edward Ricemeyer）表示，依据现有关于无性繁殖物种基因突变随时间累积的模型推测，亚马孙花鳉“理应在约一万年之后就走向灭绝”。

“但它们实际存活的时间远不止于此，这便形成了一道悖论。”赖斯迈尔2019年在密苏里大学（University of Missouri）担任研究员期间，便开启了对亚马孙花鳉的研究。

他表示，目前科学家仍未弄清，为何无性繁殖物种——尤其是脊椎动物这类复杂生物——不会持续累积有害突变，毕竟自然选择无法持续将这类突变剔除。

为解开这一谜团，赖斯迈尔及其研究团队对多条亚马孙花鳉的基因组展开分析，结果发现，它们在数万年的演化历程中，一直自主进行着基因层面的“清理与维护”。 

基因分析结果表明，亚马孙花鳉体内出现有害突变的概率，与采用有性繁殖的近缘花鳉物种基本相当。但它们似乎借助一种鲜为人知的基因机制，成功将这类有害突变清除或修正。

这一机制被称为基因转换，其原理是将一段染色体DNA片段，替换为从另一条染色体的相似序列中复制而来的对应基因序列。包括人类在内的哺乳动物同样具备这一能力，主要作用是修复DNA损伤。

而对于亚马孙花鳉而言，基因转换所发挥的作用，等同于交叉重组——这是有性繁殖物种中父母双方基因相互融合的核心方式。

与交叉重组一样，基因转换能够为亚马孙花鳉创造基因变异，让自然选择得以发挥作用，最终实现有害突变的剔除与修复。

赖斯迈尔表示，科学家此前曾推测，无性繁殖物种或许存在这类替代机制，“但这是首次切实证实该机制真实存在并发挥作用”。

无性繁殖的生存奥秘

奥斯陆大学（University of Oslo）微生物学教授迈卡·邓索恩（Micah Dunthorn）表示，赖斯迈尔团队在亚马孙花鳉基因组中发现的这一机制，“很可能也存在于其他无性繁殖物种之中，只是尚未被研究证实”。

邓索恩并未参与此项研究。他希望未来能针对其他无性繁殖物种开展同类研究：“探究这一机制在动物、植物、真菌类群中的普及程度，以及它是否存在于微生物真核生物（microbial eukaryote）或原生生物（protist）体内，将会是十分有意义的研究方向。” 

目前尚无法确定，所有无性繁殖物种是否都运用了类似的基因调控机制，赖斯迈尔与邓索恩均期待后续研究能够解答这一问题。在已知的数千种依靠克隆繁殖的物种中，科学家仅对极少数物种完成了基因组层面的详细研究。

赖斯迈尔认为，自然界或许演化出了多种应对无性繁殖弊端的方式，但只有投入更多研究，我们才能真正知晓这些方式的具体内容。

赖斯迈尔指出，深入理解这类基因调控机制“拥有诸多实际应用价值”，从转基因作物的培育改良，到癌症的治疗研究，都能从中获得启发。

他解释道，“癌症是一类细胞克隆系不断累积突变，进而出现生长失控、压制正常细胞系的疾病”。亚马孙花鳉本身就具备极高的研究价值，而它们独特的克隆繁殖能力，或许能为人类对抗这一重大健康威胁提供全新的思路与启示。