蛇界“女儿国”揭秘：唯一孤雌生殖的蛇类，如何走出进化死胡同？

在自然界，大多数有性繁殖的动物都需要雌雄交配才能繁殖后代，但生物世界总有意外。

有些动物仅需雌性个体就能完成繁殖，完全不需要雄性参与，堪称动物世界的“女儿国”。

这种繁殖方式叫做孤雌生殖，今天我们要介绍的主角是目前已知唯一专门进行孤雌生殖的蛇类——钩盲蛇。

钩盲蛇可不仅仅只有孤雌生殖这一特点。首先，钩盲蛇体型非常小，是世界上已知最小的蛇类之一。

钩盲蛇属于穴居动物，以蚯蚓、白蚁、各种昆虫的卵和蛹为食，常藏匿于花盆泥土中，借此在世界各地传播，因此又被称为“花盆蛇”。

钩盲蛇体长仅有十几厘米，因头部、口腔、眼睛均较小，不仔细观察很容易被误认为是大蚯蚓。钩盲蛇的第二个特点正是孤雌生殖。

孤雌生殖在植物中较为常见，在昆虫、硬骨鱼、两栖类和少数爬行类动物中也能观察到。

根据发生频率，孤雌生殖可分为偶发性、周期性、永久性三类，而钩盲蛇属于永久性孤雌生殖。

目前全球范围内，科学家尚未在钩盲蛇种群中发现任何雄性个体，堪称动物世界真正的“女儿国”。

钩盲蛇还有一个特点，其细胞中的染色体仅有三套（即三倍体），而大多数生物的染色体为两套（即二倍体），一套来自父方，一套来自母方。

科学家认为，孤雌生殖和三倍体均不利于种群繁衍，具有这些特征的生物易陷入进化死胡同。

这是因为在二倍体繁殖过程中，生殖细胞需经过减数分裂形成配子（即精子和卵子），每个配子仅携带一套染色体；精子与卵子结合形成受精卵后，染色体数量恢复为两套。

通过父母双方基因的重组与交换，有机会产生更适应环境的二倍体后代，从而在进化中占据优势——这也是有性繁殖成为动物界主流繁殖方式的主要原因之一。

三倍体细胞因含三套染色体，减数分裂时易发生混乱，多出的一套染色体无法明确分配至配子中，难以形成正常配子。

那么，既进行孤雌生殖又属于三倍体的钩盲蛇，是如何摆脱进化困境、延续数千年的呢？

这一问题自然引发了科学家们的浓厚兴趣。

近期，中国科学院成都生物研究所李家堂研究员团队在《科学进展》杂志上发表的一项新研究，揭示了钩盲蛇三倍体的形成机制与稳定维持方式。

针对钩盲蛇孤雌生殖的分子机制及其进化奥秘，研究团队首先利用多组学技术，成功破译了钩盲蛇染色体级别的高质量基因组，并精准拆分出三套染色体对应的三个亚基因组。

研究发现，钩盲蛇基因组包含三个来源不同的亚基因组，且这三个亚基因组对应的染色体数量各不相同。

推测钩盲蛇可能于约4100万年前，由三个存在亚种亲缘关系的近缘物种杂交形成。此次杂交促使不同数量与来源的染色体融合，短期内快速形成三倍体。

尽管钩盲蛇的三个祖先亚基因组存在差异，但部分重要功能基因的保守基因型被保留。

当不同物种经历多倍体形成时，这种基因保守性可能有助于减轻基因组不相容性，避免多套基因组间的“冲突”，从而促进多倍体的建立与稳定。

钩盲蛇能够长期进行孤雌生殖的奥秘是什么？这一问题同样可从其基因组中找到线索。

一方面，研究发现钩盲蛇基因组中存在大量假基因化现象。所谓假基因化，指基因原本具有功能，但在长期进化过程中，因基因变异，虽保留大部分原始序列，却无法正常转录和翻译，最终失去功能。

尽管钩盲蛇的假基因化现象数量与其他蛇类无异，但其基因组中与免疫、精子发生相关的基因假基因化现象尤为突出。

研究人员推测，免疫相关基因的假基因化可能有助于减少不同亚基因组间的免疫反应，从而促进杂交基因组的形成；而精子形成相关基因的假基因化则有利于孤雌生殖的顺利进行。

另一方面，研究人员分析钩盲蛇卵巢等组织的基因表达情况后发现，与有性繁殖蛇类相比，钩盲蛇卵巢中部分特殊基因的表达水平显著提高，这些基因与减数分裂期间DNA的损伤修复能力相关。

研究人员推测，这些基因的特异性高表达有助于提高DNA损伤修复能力，从而减少钩盲蛇多倍体基因组复制过程中的错误。

研究人员还认为，钩盲蛇在形成与维持多倍体过程中可能存在多种机制，确保三个亚基因组既具有较高相似性，又保留一定差异，维持微妙平衡。

较高的基因组相似性有利于维持基因组稳定，而亚基因组间的必要差异则赋予钩盲蛇进化所需的遗传潜力。如此，方能确保孤雌生殖的多倍体生物在进化中走得更远。

这项研究揭示了钩盲蛇独特的基因组进化图景，打破了关于孤雌生殖动物面临进化困境的传统认知，为理解动物孤雌生殖与多倍体形成机制提供了独特视角。

不过，该研究尚未彻底阐明孤雌生殖多倍体动物遗传进化的内在机制，期待科学家未来带来更精彩的研究发现。