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Am Nat:物种性进化的“寄生虫假说”

来源:新华网 2009-07-08 17:28

性进化在自然界物种的进化过程中占有重要地位,但关于这一话题仍有诸多未解之谜。一些物种,如细菌、部分植物和爬行动物,采取无性生殖方式繁育后代,单个个体即能够完成生殖;而有性生殖的物种,必须雌雄交配方能“生儿育女”。如此看来,无性生殖似乎效率更高,但在当今自然界中,占据统治地位的却是有性生殖。

瑞士联邦水产科技研究所教授朱卡·约凯拉、美国华盛顿大学副教授马克·迪布达尔、印第安纳大学教授库尔蒂斯·利文斯提出的有关物种性进化的“寄生虫假说”或许可以回答这一问题。科学家们在《美国博物学家》杂志7月刊上发表文章指出,自然界各物种在性方面的进化可能是应对寄生虫的一种防御手段。

“寄生虫假说”认为,寄生虫可以阻止无性生殖的有机体大量繁育。当无性生殖的物种繁殖时,个体会自我克隆,分毫不差地将自己的基因完全复制。由于各个体拥有完全相同的基因,它们也拥有针对寄生虫的完全相同的弱点。如果某种能利用这些弱点的寄生虫迅速兴起,整个群体就可能被摧毁。另一方面,有性生殖物种的后代自身的基因都是独特的,因此,某些寄生虫能够破坏该物种的一部分,却无法摧毁整个物种。理论上讲,这可以使有性生殖群体保持稳定,而无性生殖物种受制于某些寄生虫时就可能面临灭顶之灾。

这一假说建立在数学模型基础上,不过科学家在自然界中也的确观测到了类似例子。约凯拉等人自1994年起,对一种小型水生蜗牛——新西兰泥蜗的几个种群进行了为期10年的观测。

新西兰泥蜗具有有性生殖和无性生殖两个版本。科学家们分别监控了这两个版本的种群数量变化以及它们受寄生虫感染的情况。科学家发现,在初始阶段,无性生殖的新西兰泥蜗非常繁盛,但随着时间的推移,这部分泥蜗越来越容易受到寄生虫感染,它们的数量也急剧减少,其中一些亚型甚至完全消失。有性生殖的新西兰泥蜗种群数量则非常稳定。研究人员认为,这是“寄生虫假说”的实例。

“研究表明,在寄生虫丰富的环境中,有性生殖可以赋予物种进化优势,”约凯拉表示。(生物谷Bioon.com)

生物谷推荐原始出处:

Am Nat 2009. Vol. 174, pp. S43–S53 DOI: 10.1086/599080

The Maintenance of Sex, Clonal Dynamics, and Host‐Parasite Coevolution in a Mixed Population of Sexual and Asexual Snails

Jukka Jokela,1,* Mark F. Dybdahl,2 and Curtis M. Lively3

1. EAWAG, Swiss Federal Institute of Aquatic Science and Technology, überlandstrasse 133, 8600 Dübendorf, Switzerland, and ETH‐Zürich, Swiss Federal Institute of Technology Zürich, Institute of Integrative Biology, 8092 Zürich, Switzerland;
2. School of Biological Sciences, Washington State University, Pullman, Washington 99164;
3. Department of Biology, Indiana University, Bloomington, Indiana 47405

Sexual populations should be vulnerable to invasion and replacement by ecologically similar asexual females because asexual lineages have higher per capita growth rates. However, as asexual genotypes become common, they may also become disproportionately infected by parasites. The Red Queen hypothesis postulates that high infection rates in the common asexual clones could periodically favor the genetically diverse sexual individuals and promote the short‐term coexistence of sexual and asexual populations. Testing this idea requires comparison of competing sexual and asexual lineages that are attacked by natural parasites. To date no such data have been available. Here, we report on long‐term dynamics and parasite coevolution in a “mixed” (sexual and asexual) population of snails (Potamopyrgus antipodarum). We found that, within 7–10 years, the most common clones were almost completely replaced by initially rare clones in two different habitats, while sexuals persisted throughout the study period. The common clones, which were initially more resistant to infection, also became more susceptible to infection by sympatric (but not allopatric) parasites over the course of the study. These results are consistent with the Red Queen hypothesis and show that the coevolutionary dynamics predicted by the theory may also favor sexual reproduction in natural populations.

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