华侨网 科技教育 生物學上第一次!科學家發現首個有兩套DNA的動物

生物學上第一次!科學家發現首個有兩套DNA的動物

黃瘋蟻得名於它們在受到干擾後的瘋狂舉動。德國研究人員的一項研究稱,它們之所以瘋狂還有另一個原因——雄性黃瘋蟻是兩種敵對細胞譜系的混合體。其他生物有時也會形成這樣的嵌合體,但這通常是一種發育事故,而黃瘋蟻卻是已知的第一種將這種特性作為生命基本特徵的動物。相關研究4月6日發表於《科學》。

黃瘋蟻是一種臭名昭著的入侵物種,主要分佈在東南亞和大洋洲,對無脊椎動物甚至一些小型哺乳動物構成威脅。在爪哇南部的澳大利亞聖誕島,黃瘋蟻捕殺了大量該地區特有的紅蟹。

關於黃瘋蟻怪異生物學特徵的第一個線索來自對其基因組中散佈的遺傳標記的研究。雄性黃瘋蟻似乎攜帶了兩個版本的遺傳標記。這是一個令人困惑的特徵,因為在大多數螞蟻中,雄性螞蟻是由未受精卵發育而來,因此只有一個基因組拷貝。

一些螞蟻物種偶爾會有“二倍體”雄性,即有兩個基因組拷貝,但這些雄性通常是不育的。德國美茵茨大學進化生物學家Hugo Darras指出,黃瘋蟻的所有雄性都是二倍體,這真的很奇怪,似乎完全說不通。

為了確定發生了什麼,Darras團隊分析了從東南亞收集的黃瘋蟻單個細胞。他們發現,每個雄性細胞只包含螞蟻基因組的一個拷貝,但這種基因組在細胞之間是不同的。有些細胞擁有存在於蟻后中的譜系,由“R”染色體定義,而其他細胞則攜帶不同基因組的一個單獨拷貝,由“W”染色體定義。

蟻后的細胞中有兩個W基因組拷貝,而不育的雌性工蟻的每個細胞中都有每個譜系的一個拷貝。 Darras團隊發現,雄性的嵌合體在螞蟻的種姓制度中起著至關重要的作用。

所有蟻后的卵細胞都攜帶R基因組的一個拷貝。如果這個卵子被具有R基因組的精細胞受精,就會產生一個蟻后。然而,如果卵子被W精子受精,則有兩種可能的結果:如果兩個含有基因組的細胞核融合,就會形成二倍體工蟻;如果細胞核不融合,卵子就會發育成一個嵌合的雄性,一些細胞攜帶R基因,另一些細胞攜帶W基因。

美國洛克菲勒大學生物學家Daniel Kronauer說:“就我們所知,這是一種無與倫比的生物學現象。”黃瘋蟻的嵌合體可能有助於提高該物種逃避生態系統不利影響的能力。蟻后有專門的器官儲存來自多個雄性的精子。這意味著一個單獨儲存R和W精子的蟻后可以建立一個新的蟻群。

澳大利亞詹姆斯·庫克大學生態學家Lori Lach想知道,研究人員是否可以利用它們奇特的生物學特性阻止螞蟻種群擴大。

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