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。圖片來源：弗雷德里克·普萊耶爾/《科學(xué)》

科技日報記者?張夢然

產(chǎn)卵，早在動物進(jìn)化到陸地之前就已出現(xiàn)。這是卵生動物的繁殖模式。另一個與之相對的，隨著動物越來越復(fù)雜而出現(xiàn)的繁殖模式，則是胎生。

整個進(jìn)化過程中，包括昆蟲、魚類、爬行動物和哺乳動物在內(nèi)的動物界，都經(jīng)歷了許多獨立的生命過渡?？茖W(xué)家們已經(jīng)了解了其中很大一部分。但是，一直以來人類都沒有解開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、英國謝菲爾德大學(xué)、瑞典哥德堡大學(xué)研究人員組成的國際研究小組，利用一只不起眼的海洋蝸牛——薩克斯濱螺，揭開了這個秘密。

這種海洋蝸牛，在過去10萬年內(nèi)成功進(jìn)化出了活產(chǎn)，也就是胎生。從漫長的進(jìn)化史角度來看，10萬年只是一眨眼的工夫，但這卻是一個獨特的揭示遺傳奧秘的機(jī)會。

一個物種一百多個名字

海洋蝸牛是世界上被錯誤識別最嚴(yán)重的生物。

英國《衛(wèi)報》此前曾報道，幾個世紀(jì)以來，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，幾乎所有哺乳動物都會活產(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，在這項研究中，他們發(fā)現(xiàn)海洋蝸牛的活產(chǎn)不僅是完全獨立進(jìn)化的，而且還是在較近時間發(fā)生的。

該團(tuán)隊同時還有另一個重要發(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，即進(jìn)化“家譜”。

令人大開眼界的是，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)隊能將活產(chǎn)的遺傳基礎(chǔ)，與整個蝸牛基因組中的其他遺傳變化區(qū)分開來。

研究人員識別出了50個基因組區(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區(qū)域的作用，但通過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。

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10萬年中的許多點滴突變，一步步積累進(jìn)化而成。

依然無法勘破的演化奧妙

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，一般的卵生動物是無法生存和繁殖的。誠然，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？這依然是個謎。

研究人員推測，這種轉(zhuǎn)變可能還是出于自然選擇對卵子的保護(hù)——卵子可以在母親體內(nèi)孵化。而卵生動物的卵子則更容易受到干燥、物理損壞和捕食者的影響。但奇怪的是，這樣雖然解決了一定問題，但肯定會付出其他代價。因為活產(chǎn)意味著對后代的“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，但仍有大量問題有待解答。對科學(xué)家來說，他們才剛剛開始接觸到這一知識的表面。下一步，研究人員希望繪制每個突變的功能圖譜，揭示每種基因變化如何塑造繁殖中的各種“游戲規(guī)則”。