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如果沒有生殖隔離,會發生什麼?科學家曾做實驗,導致新物種誕生

筆者 東邪

地球生物經過數十億年的發展,從最初簡單的單細胞生物發展到今天豐富多樣的複雜生物,背後是基因在發揮作用。基因在讓生物不斷適應環境的同時,也讓生物之間出現了進化的差異,隨著時間的推移同一種生物之間無法進行基因上的交流,它們之間形成了生殖隔離,從一種生物演變成了兩種生物。

正因為生殖隔離的存在,自然界才存在多種多樣的動物。有些物種之間的親緣關係相差並不大,但仍然存在生殖隔離,因此無法通過雜交產下正常的後代。現代生物進化論指出人類和黑猩猩存在近緣關係,如果讓人類生殖細胞和黑猩猩的生殖細胞雜交,是否會產下雜交猿人?蘇聯科學家還真的嘗試過,最後結果如何呢?

為什麼伊萬諾夫可以靠國家的資助離開蘇聯?

這位蘇聯科學家名為伊利亞·伊萬諾夫,是當時國際著名的生物學家,主要研究的領域是人工授精和動物雜交。在萌生人猿雜交實驗之前,伊萬諾夫就已經成功地在動物身上進行過多次雜交實驗,例如他挑選出運動能力強的馬種與蘇聯軍隊的馬匹進行雜交,從而誕生作戰能力更強的「戰馬」。

此外,他還嘗試將兩種存在生殖隔離的物種進行雜交,企圖人為製造出一個新物種。在這個實驗中,他成功讓斑馬和驢雜交,產下了如今我們稱為騾子的動物。多次進行動物雜交實驗成功後,伊萬諾夫向蘇聯領導層表示可以通過雜交讓動物變得更強大,並提出了進行人猿雜交實驗,以造出更容易受控制且體型更強壯的人猿。

這一說法在蘇聯早期機密文件揭秘後得到了證實,據了解上世紀20年代中期,蘇聯禁止國內外的人口流動,但伊萬諾夫由於有官方的支持和資助,獨自一人前往非洲西部的幾內亞地區。伊萬諾夫之所以選擇幾內亞,是因為他聽說那裡棲息著許多靈長類動物,尤其是黑猩猩,這能為他的實驗提供充足的樣本。

當時幾內亞屬於法國殖民地,法國駐幾內亞的官員知道伊萬諾夫是著名科學家,以為他是來進行科學調查研究的,於是允許他進入動物中心進行試驗。

伊萬諾夫想出了什麼方法來實現人猿雜交?

人猿雜交的本質就是人的生殖細胞和猿的生殖細胞融合,形成雜交受精卵,然後再將受精卵培育成胚胎後植入子宮中進行發育。當時伊萬諾夫也是這麼想的,他認為有兩種方法可以實現人猿雜交,一種是把男性的精子和母猩猩的卵細胞結合,然後移植到母猩猩的子宮內進行發育,另一種是讓雄性猩猩提供精子,讓女性提供卵細胞,結合後的受精卵再轉移到女性子宮裡發育。

伊萬諾夫首先對第一種方法進行了嘗試,但光靠他一個人根本無法完成如此複雜的實驗。幸運的是他在幾內亞認識了一位名為佛羅諾夫的俄羅斯醫生,兩人交流了一下意見後一拍即合,很快就組成搭檔進行實驗。於是在1926年的夏天,伊萬諾夫和佛羅諾夫完成了第一種思路的實驗,這次實驗經過媒體的報道引發了巨大的關注。

然而實驗過去幾個月後,伊萬諾夫對母猩猩的身體進行檢查後發現,它並沒有受孕,因此第一種思路宣告失敗。很快,伊萬諾夫又開始進行第二種思路的實驗,但因為將動物精子注射到人體內被認為是違背人道主義的做法,因此法國當局反對伊萬諾夫的第二種實驗,因此伊萬諾夫只能放棄在幾內亞進行試驗的念頭。

他帶上了幾頭雄性黑猩猩回到了蘇聯,並廣泛徵集女性作為實驗的志願者。出乎意料的是,最後還真的有5名女性願意參與實驗,而且蘇聯當局並沒有禁止這類實驗,於是伊萬諾夫開始了他的第二次實驗。那麼最後的實驗結果如何呢?歷史上沒有相關的記載,但無論是從理論上分析還是從現實情況來看,伊萬諾夫再次失敗的可能性非常大。

人猿雜交的失敗說明了什麼?

在理論上,即使人類和黑猩猩的基因相似度較高,但人類的染色體對數和黑猩猩的染色體對數不同。人類擁有23對染色體,而黑猩猩擁有24對染色體,這就是生殖隔離在遺傳物質上的體現。染色體對數不相同的兩種生殖細胞如果結合了,那麼在減數分裂過程中染色體的數目無法平均分配,從而產生一些染色體異常的受精卵,這些受精卵通常是無法正常發育的。

伊萬諾夫的人猿雜交實驗表面上存在成功的可能性,但實際上行不通,歸根結底就是生殖隔離的原因。現代考古研究表明,智人和黑猩猩源於五百萬年前甚至更早期的共同祖先,但在後來漫長的發展過程中,人類走上了進化巨大的道路,逐漸在基因上與黑猩猩形成了較多的差異。這再次證明了一件事,存在生殖隔離的物種是無法通過雜交產生正常後代的。

自然界中類似的例子並不少,例如前面提到的馬和驢雜交產下的騾子,這種動物並不能被定義為新物種,因為它無法在自然條件下繁衍後代。另外,獅子和老虎雜交也能產下後代「獅虎獸」,但獅虎獸通常無法正常發育,更別說繁衍後代了。但早在上世紀50年代,有科學家發現並非所有種類的生物都存在生殖隔離,細菌界就是典型的例子。

為什麼細菌之間不存在生殖隔離?

實際上生殖隔離的概念比較廣泛,它指的是由於各方面的原因導致親緣關係較近的類群之間無法在自然條件下正常交配,即使交配也無法產生後代或產生具有可育性的後代。在過去很長一段時間裡,生物學家把生殖隔離的關注點放在動物身上,很少注意到植物和微生物。直到20世紀50年代,有科學家在觀察細菌繁殖時發現,不同種類的細菌竟然可以交換基因。

科學家通過對比近代大腸桿菌和1億年前大腸桿菌的基因,發現近代大腸桿菌內有大約230種基因是遠古大腸桿菌所沒有的,而這些多出來的基因又可以從其他種類的細菌上找到,這說明不同種類細菌之間並不存在生殖隔離,它們可以通過相互融合的方式來進行基因重組,從而形成生存能力更強的細菌。

如果動物不存在生殖隔離,會發生什麼情況?

科學家發現細菌之間不存在生殖隔離的事實後,有人設想了一種情況,如果動物世界也不存在生殖隔離,會出現什麼情況呢?筆者認為在這種假設下的世界將會亂成一鍋粥,我們所看到的動物不再是純粹的動物,到處都會出現雜交品種。生殖隔離的消失,意味著任何兩種動物之間都能雜交產下後代,無論它們的體型、基因相差有多大。

在這種情況下,「物種」這個概念的效力將會消失,因為每時每刻誕生的新物種將會超出人類的想像,而且新物種的存在不一定會持續很長時間。更可怕的是,我們在電影中看到的一些魔幻情節可能會真實上演,例如出現人頭馬身的半獸人、人頭鳥身的怪物等等。

生殖隔離的消失看似能夠提高生物多樣性,但實際上會導致生物基因趨同,因為所有生物都有機會和其他種類的生物雜交,經過漫長歲月的演化動物體內的基因逐漸趨同,這樣導致的後果是所有動物對氣候環境變化的承受能力也趨同,只要一次大規模的天災就可以再次將地球生物一網打盡。由此看來,生殖隔離還是具有重大的生態意義,它能維持生態穩定和平衡。

生殖隔離可以被打破嗎?

理論上,生殖隔離是很難被打破的,但現實中存在驚人的案例。前幾年《自然通訊》期刊上出現了一篇名為《渡鴉物種形成逆轉的基因組證據》,該論文指出科學家在北美洲發現了兩種存在生殖隔離的渡鴉竟然能夠雜交併產下正常的後代,這是目前罕有的打破生殖隔離的案例。

渡鴉是一種主要分布在北美洲的大體型烏鴉,北美洲存在兩大分支,一支分布在美國加州,另一支分布在加州以外的北美地區。渡鴉之所以會形成這兩大分支,經考證是因為150萬年前冰河時期,北美中部和北部地區的渡鴉與北美南部的渡鴉形成了地理隔離,長時間無法進行基因交流,再加上基因變異的作用,最終形成了生殖隔離。

但在最新研究中,科學家發現這兩個分支的渡鴉在過去幾萬年的時間裡共同生活在一片地區,發現了自然雜交,併產下了可育後代,形成了北美地區新的渡鴉種類。至於渡鴉打破生殖隔離的原因是什麼,至今尚不清楚。

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