活產(chǎn)使得薩克斯濱螺能夠占據(jù)并適應(yīng)不同的棲息地。這導(dǎo)致了許多大小、形狀和行為各異的“生態(tài)型”的進(jìn)化。圖片來(lái)源：弗雷德里克·普萊耶爾/《科學(xué)》
科技日?qǐng)?bào)記者?張夢(mèng)然
產(chǎn)卵，早在動(dòng)物進(jìn)化到陸地之前就已出現(xiàn)。這是卵生動(dòng)物的繁殖模式。另一個(gè)與之相對(duì)的，隨著動(dòng)物越來(lái)越復(fù)雜而出現(xiàn)的繁殖模式，則是胎生。
整個(gè)進(jìn)化過(guò)程中，包括昆蟲、魚類、爬行動(dòng)物和哺乳動(dòng)物在內(nèi)的動(dòng)物界，都經(jīng)歷了許多獨(dú)立的生命過(guò)渡?？茖W(xué)家們已經(jīng)了解了其中很大一部分。但是，一直以來(lái)人類都沒(méi)有解開(kāi)從卵生到胎生這一重要進(jìn)化步驟中的基因之謎。
在新一期《科學(xué)》雜志上，奧地利科學(xué)技術(shù)研究所、英國(guó)謝菲爾德大學(xué)、瑞典哥德堡大學(xué)研究人員組成的國(guó)際研究小組，利用一只不起眼的海洋蝸牛——薩克斯濱螺，揭開(kāi)了這個(gè)秘密。
這種海洋蝸牛，在過(guò)去10萬(wàn)年內(nèi)成功進(jìn)化出了活產(chǎn)，也就是胎生。從漫長(zhǎng)的進(jìn)化史角度來(lái)看，10萬(wàn)年只是一眨眼的工夫，但這卻是一個(gè)獨(dú)特的揭示遺傳奧秘的機(jī)會(huì)。
一個(gè)物種一百多個(gè)名字
海洋蝸牛是世界上被錯(cuò)誤識(shí)別最嚴(yán)重的生物。
英國(guó)《衛(wèi)報(bào)》此前曾報(bào)道，幾個(gè)世紀(jì)以來(lái)，科學(xué)家們不斷將其描述為新物種或亞種，多達(dá)100多次。
這種混亂一方面源于該物種會(huì)發(fā)生許多貝殼變異和棲息地變化。但最重要的是，薩克斯濱螺具有獨(dú)特的繁殖模式。它已經(jīng)進(jìn)化出活產(chǎn)，而共享其棲息地的“近親”海洋蝸牛們還在產(chǎn)卵。
研究人員表示，幾乎所有哺乳動(dòng)物都會(huì)活產(chǎn)，這種功能伴隨著它們的進(jìn)化，已進(jìn)行了大約1.4億年。然而，在這項(xiàng)研究中，他們發(fā)現(xiàn)海洋蝸牛的活產(chǎn)不僅是完全獨(dú)立進(jìn)化的，而且還是在較近時(shí)間發(fā)生的。
該團(tuán)隊(duì)同時(shí)還有另一個(gè)重要發(fā)現(xiàn)：向活產(chǎn)繁殖模式的轉(zhuǎn)變，是由分散在蝸?；蚪M中的大約50個(gè)基因變化引起的。
一步步拋棄原有模式
研究人員利用全基因組序列，推斷了薩克斯濱螺和其他還在產(chǎn)卵的“近親”的系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)，即進(jìn)化“家譜”。
令人大開(kāi)眼界的是，活產(chǎn)是薩克斯濱螺與近親們唯一的區(qū)別特征。但薩克斯濱螺似乎還沒(méi)有形成單一的進(jìn)化群體。這種繁殖策略和祖先之間出現(xiàn)的不匹配，最終使研究團(tuán)隊(duì)能將活產(chǎn)的遺傳基礎(chǔ)，與整個(gè)蝸?；蚪M中的其他遺傳變化區(qū)分開(kāi)來(lái)。
研究人員識(shí)別出了50個(gè)基因組區(qū)域，這些區(qū)域似乎共同決定了基因的主人是產(chǎn)卵還是直接活產(chǎn)。雖然目前還不確切知道每個(gè)區(qū)域的作用，但通過(guò)比較卵生和胎生的基因表達(dá)模式，研究人員將其中許多區(qū)域與生殖差異聯(lián)系起來(lái)。
最終他們發(fā)現(xiàn)，活產(chǎn)這樣重大的變化，絕非什么戲劇性的驟然變化，而是通過(guò)10萬(wàn)年中的許多點(diǎn)滴突變，一步步積累進(jìn)化而成。
依然無(wú)法勘破的演化奧妙
轉(zhuǎn)為活產(chǎn)，使小小的海洋蝸牛能夠擴(kuò)散到新的棲息地。這些地方，一般的卵生動(dòng)物是無(wú)法生存和繁殖的。誠(chéng)然，這兩種生育方式都能完成繁衍后代的任務(wù)，但它們的益處和代價(jià)卻截然不同。為什么這些蝸牛又要進(jìn)化出活產(chǎn)？好處究竟是什么？這依然是個(gè)謎。
研究人員推測(cè)，這種轉(zhuǎn)變可能還是出于自然選擇對(duì)卵子的保護(hù)——卵子可以在母親體內(nèi)孵化。而卵生動(dòng)物的卵子則更容易受到干燥、物理?yè)p壞和捕食者的影響。但奇怪的是，這樣雖然解決了一定問(wèn)題，但肯定會(huì)付出其他代價(jià)。因?yàn)榛町a(chǎn)意味著對(duì)后代的“額外投資”，意味著母體在保護(hù)自身和保護(hù)后代之間“走鋼絲”，這對(duì)海洋蝸牛的生理系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)都提出了嚴(yán)格要求。此次研究發(fā)現(xiàn)的許多基因組區(qū)域，很可能也要參與應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)。
從演化的角度，人們現(xiàn)在還勘不破其中的奧妙。
因此，盡管這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)為了解從卵生到胎生的轉(zhuǎn)變提供了大量線索，但仍有大量問(wèn)題有待解答。對(duì)科學(xué)家來(lái)說(shuō)，他們才剛剛開(kāi)始接觸到這一知識(shí)的表面。下一步，研究人員希望繪制每個(gè)突變的功能圖譜，揭示每種基因變化如何塑造繁殖中的各種“游戲規(guī)則”。
