无性繁殖通常会导致遗传多样性的缺乏。但对于这些蚂蚁来说并非如此
遗传多样性对于物种的生存至关重要。如果一个物种进行有性繁殖，那么维持这种多样性就很容易；卵子和精子将两种生物的遗传物质结合在一起，形成一个基因组健全的后代，该后代拥有两个不同版本的物种基因组。如果没有这些不同的基因组合，无性繁殖的物种通常会遭受多样性缺失的困扰，这注定了它们在地球上的寿命有限。克隆掠夺蚁就是这样一种动物，它通过孤雌生殖直接从未受精的卵子中产生一个又一个基因相同的后代。孤雌生殖是一种无性繁殖方法，后代从母亲那里继承了两组基因相同的染色体。
随着时间的推移，这些染色体无限重复的随机遗传将导致遗传独特性的灾难性丧失，并最终导致物种灭绝。然而，这种盲目、无蜂后的昆虫——原产于孟加拉国，现在遍布世界各地的热带地区——似乎还活得很好。这是怎么可能的呢？
洛克菲勒大学的研究人员最近发现，克隆袭击蚁在传递基因时并不会冒险。相反，它会确保后代继承整个基因组的两个不同版本，从而在很大程度上保留每个克隆系的古代创始人身上的遗传多样性。
理论上，这不应该发生：人们认为染色体在减数分裂期间会随机移动，减数分裂是所有动物、植物和真菌在繁殖过程中产生精子和卵细胞的细胞分裂类型。然而，正如他们在《自然生态与进化》杂志上报道的那样，在这种动物身上，这个过程似乎根本不是随机的。
“我们认为我们已经发现了克隆掠夺蚁如何避免单性生殖通常会导致的遗传多样性丧失，”第一作者、社会进化与行为实验室研究生 Kip Lacy 说道，该实验室由 Daniel Kronauer 领导。“也许这种多样性使该物种得以生存。”
无性恋难题
孤雌生殖物种很少见，但在各种生物中都有发现，包括爬行动物、两栖动物、线虫、鱼类和鸟类。它们长期生存的机会很小。“纯粹的无性生殖物种往往很快就会灭绝，”莱西说。
“克隆繁殖是一条通往衰败的单行道，”克罗诺尔补充道。“每当出现轻微有害突变时，你都无法将其从基因组中清除，随着时间的推移，只会积累更多的突变。”
问题始于无性生殖物种在细胞层面必须克服的两个挑战。首先，它们需要制造包含两组染色体的二倍体基因组，以传递给后代。
“但是如果你是一只克隆袭击蚁，”莱西指出，“那么在繁殖过程中就没有精子参与，那么你要从哪里获得一组额外的染色体呢？”
第二，后代必须具有与发育和繁殖相兼容的基因组成——许多拥有两组基因相同的染色体的无性繁殖物种就缺乏这一点。
莱西在佐治亚大学攻读硕士学位期间对孤雌生殖产生了兴趣，当时他正在研究热带火蚁，一些蚂蚁群落会无性繁殖出蚁后。他发现，这些蚂蚁几乎完全失去了遗传多样性。2019 年，当他加入克罗诺尔的实验室时，他试图找出克隆袭击蚁如何避免此类陷阱。
母亲和女儿
在减数分裂过程中，染色体会分裂并重组，从而产生新的基因拷贝组合。在这些所谓的交叉事件发生后，染色体会在细胞分裂过程中随机移动。
在孤雌生殖中，克隆系由两组相同的染色体组成，“因此预计每个周期都会失去大量多样性，”克罗诺尔说。这类似于稀释基因汤。
为了了解克隆的掠夺蚁为何不会出现这种情况，研究人员将目光集中在母女蚂蚁和姐妹蚂蚁身上。为了确保它们有真正的家庭组合，他们追踪了在显微镜下观察时会发出红色荧光的转基因蚂蚁——这是研究人员 Taylor Hart 在 Kronauer 实验室开发的一种突破性的基因操作方法。这些蚂蚁组合是它们群落中唯一会发光的动物。
他们利用链接读取基因测序（可以重建整个染色体序列）发现，从母亲到女儿，遗传多样性没有丢失。然而，女儿的基因组显示出交叉的证据。他们总共记录了 144 次交叉事件，只有一次显示出遗传多样性的丧失。
“这是因为重组的染色体总是一起遗传的，”莱西说。“这种共同遗传可以解释该物种如何继续生存。在克隆的掠夺蚁中，发生这种情况的可能性比随机掷基因骰子所预期的要高出 800%。”
新策略
克罗诺尔表示，这种保持遗传多样性的策略以前从未被记录过。它的存在表明，绕过随机遗传的方法可能比我们所知的要多。例如，一种众所周知的偏离随机遗传的方式是，当“自私”基因促进自身繁殖而不是其他基因时，本质上是操纵游戏以利于自己。
但这种偏差无法解释克隆掠食蚁的繁殖，这种繁殖是“无私的”，因为没有任何基因具有优势；所有基因副本都是共同遗传的。这种无私遗传策略是否也发生在其他动物（包括有性繁殖物种）中尚不清楚。
这一发现凸显了研究具有不寻常生殖生物学特性的物种的实用性，莱西说，“如果我们没有研究这些无性蚂蚁，我们可能永远不会了解这种生殖方式。”
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