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“孤雌生殖”小龙虾席卷全球,是造福吃货?醒醒吧,明明祸到临头了!

标签:公分 西李村委会


来源:果壳网

原标题:“孤雌生殖”小龙虾席卷全球,是造福吃货?醒醒吧,明明祸到临头了! 20年研究,5年测序,科学

原标题:“孤雌生殖”小龙虾席卷全球,是造福吃货?醒醒吧,明明祸到临头了!

20年研究,5年测序,科学家们终于弄清了席卷欧亚非的小龙虾娘子军是哪来的。

愚蠢的人类制造出了一种能自我克隆、繁殖极快的恶魔生物,然而一个大意,这种生物就逃逸到自然界里,逮谁灭谁,血雨腥风——这种情节曾是科幻恐怖片的最爱,然而科学家们发现,这事早在二十几年前就已经成真了。

主角就是这只看上去平凡无奇的小龙虾。

一只成年的大理石纹螯虾,图中黑线代表现实里的1厘米长度。图片来源:natureecoevocommunity.nature.com

能打又能生的怪胎螯虾


1990年代中,德国宠物圈里出现了一种新螯虾,品种不明,起源地不明。饲主们一般根据壳纹叫它“大理石纹螯虾”(Marmorkrebs),也有人管它叫“美国德州螯虾”,还有些比较认真的饲主则会写信给水产研究者,询问这种虾的学名。去信里往往会提到一件事——

这种虾即使一个虾孤零零地养在缸里,

也会产卵,

卵也能孵出后代。

研究界就是这样注意到这种虾的。

德国柏林洪堡大学的动物学家格哈德·舒尔茨(Gerhard Scholtz)试着单独养了一只大理石纹螯虾,她没有配偶,没有藏着此前交配遗留下来的精囊,但她不断产卵,孵出后代。舒尔茨检查发现,这些后代全部是雌性。


这是已知的第一种能孤雌生殖的螯虾!


舒尔茨测了这种螯虾的线粒体基因,发现和原产美国的龙纹螯虾(Procambarus fallax)非常接近,可能是其近亲。2003年,舒尔茨在《自然》上发表论文首次报告了这种螯虾。在论文的最后一段,舒尔茨写道“这种螯虾……可能对欧洲淡水生态系统造成威胁,哪怕只放一只到野外,就能建立起一个足以胜过本地螯虾的种群。”

只是“欧洲”淡水?太小看虾啦!


舒尔茨这篇论文,是大理石纹螯虾研究的开端。科学家们很快注意到这种“神秘的孤雌生殖蝲蛄科螯虾”,这一研究不得了,他们发现,如果要用一个词形容大理石纹螯虾,那就是——


强到逆天

首先,大理石纹螯虾长得快,长得大。实验室里同样条件下饲养250天,大理石纹螯虾比龙纹螯虾生长速度至少快了一倍。最后的体长,大理石纹螯虾也往往比龙纹螯虾长出一倍。长就意味着重,重就意味着战斗力和抢食力都强。

左上F图,体长8.4厘米的大理石纹螯虾左钳。右上G图,体长4.7厘米的雌性龙纹螯虾左钳。一看就知道谁能打。图片来源:Themarbled crayfish as a paradigm for saltational speciation by autopolyploidy andparthenogenesis in animals

其次,大理石纹螯虾生得多,每次产的卵平均是龙纹螯虾的6倍,性成熟的速度还不比龙纹螯虾慢。养上一年,一只大理石纹螯虾基本上就会变成几百只。

大理石纹螯虾(红线所示)和雌性龙纹螯虾(蓝线所示)对比。大理石纹螯虾体长平均在35毫米,实验室里甚至发现了长到了103毫米的个体(左上图)。雌性龙纹螯虾则平均仅有18毫米。产卵,大理石纹螯虾每次平均能产300颗卵。雌性龙纹螯虾平均仅50颗卵。图片来源同图1

此外,这货还特别能适应环境。它能适应很大范围内的温度、盐度、酸碱度,30℃以上的温暖水域里活蹦乱跳,冰面下的水流中也能安之若素。它们能安家于湖泊、稻田或沼泽,既吃素也吃荤,水藻腐叶、蜗牛鱼卵、小虫小鱼,都在它的狩猎范围内,实在饿了,就连木头也吃,反正有消化纤维素的酶。

最后,大理石纹螯虾是美国起源,天生自带“螯虾瘟疫”真菌(龙虾瘟疫真菌,Aphanomyces astaci,欧洲的鳌虾感染之后几个星期就会死去)。这种真菌美国小龙虾倒是比较适应,可欧洲小龙虾不适应啊。一百多年前从美洲传到欧洲,差点灭了欧洲的本土小龙虾。欧洲花了好些力气才灭了这病,欧洲小龙虾也才喘口气——得,这货又带着传染源来了。

总而言之,在野外,大理石纹螯虾绝对立于螯虾界鄙视链上层。

事实也证明,大理石纹螯虾的确能打,短短几年就扩散到了欧亚非三大洲的野外。如今,欧洲的德国、捷克、荷兰、瑞典、乌克兰、意大利、匈牙利、克罗地亚,非洲的马达加斯加,亚洲的日本北海道,都发现了这种螯虾的踪迹。如果考虑宠物市场,形势就更严峻了。美国和中国都不乏养着大理石纹螯虾的宠物主,意味着大理石螯虾距离这些地方的野外,也就一次放生之遥

已知大理石纹螯虾在野外的扩散范围。图片来源:marmorkrebs.org


这货怎么变异出来的?


研究了好几年,其实一直都还没给大理石纹螯虾定种。

螯虾定种的常用依据之一,是雄性生殖肢的形态特征,可这新螯虾全是雌性!这就增加了通过形态定种的难度。要说测序吧,这货基因组还挺大。以前基因测序成本高,整个测下来实在测不起

科学家本来是把这货定为龙纹螯虾里的孤雌生殖特型,不过后来把这货跟公龙纹螯虾放一起,发现二者能交配,最长的据说交配了一个多小时,可惜干打雷不下雨,再怎么交配,生出来的后代还是100%纯的大理石纹螯虾,说明大理石纹螯虾跟龙纹螯虾无法产生任何后代——这都“生殖隔离”了,干脆作为独立种吧。有人就建议把大理石纹螯虾命名为“处女螯虾”(Procambarus virginalis),毕竟人家孤雌生殖不用浪费时间谈恋爱,一只虾就能创造出一整个个大又能打的螯虾军团,完全是螯虾界的圣母玛利亚加圣女贞德。


公龙纹鳌虾(上)和大理石纹鳌虾(下)交配,抱得挺紧,时间也不短,然而……图片来源同图1

定了名字后又过了几年,直到最近这篇新论文,德国遗传学家弗兰克·吕科(Frank Lyko)团队花5年时间给大理石纹螯虾彻底测了序,总算弄明白了这货的来龙去脉。

首先,这货是龙纹螯虾的三倍体, AA'B基因型。三组染色体里有2组(A与A')几乎完全一样,另一组(B)则有大量基因差异。

其次,这货出现的时间不长于30年。即使是自我复制,时间长了也多少会出现基因突变。然而,大理石纹螯虾不同个体的基因组实在太接近了,这意味着这个物种出现的时间太短,以至于来不及产生多少碱基突变。吕科他们给11只大理石纹螯虾做了测序,其中2只来自德国不同城市的野外,4只来自德国各地的宠物市场,4只来自马达加斯加各地野外,1只来自马达加斯加的一个市场。然而这些天南海北的螯虾里,任何两只的基因组差异最多也就4个非同义单核苷酸!大理石纹螯虾一共276条染色体,基因组有3.5 Gb,比人类基因组还大7%。这么大的基因组,11只个体测下来,一共也就发现了416个单核苷酸差异,算是变异极少了。

科学家在抓大理石纹螯虾。图片来源:Ranja Andriantsoa

最后,吕科团队还发现,从基因变化来看,马达加斯加的种群应该来自德国。德国才是更早的发源地。再结合两条信息,大理石纹螯虾最早出现在德国,美国没找到这种螯虾的野生种群,研究者拼出了这样一个故事——

二十几年前,两只不同产地的美国龙纹螯虾A与B在德国某个宠物店的水族箱里相遇,产下了爱情结晶。 A的不知是卵细胞还是精细胞出错,不慎多保留了一组染色体,于是AB结合后就诞生了一只AA'B三倍体螯虾。产地不同导致A与B的基因差异较大,于是这只三倍体螯虾生来自带杂种优势,个大能生,适应各种环境,还具备了孤雌繁殖功能。于是这只三倍体螯虾在这个水族箱里一只变成几百只,再到很多个水族箱里一只变成几百只,然后被人类随手一丢,进军野外继续一只变成几百只……短短二十几年,欧亚非的溪河湖泊里,处处都是当年那只虾的“克隆虾”。这种虾在德国已经多到什么地步?吕科跟两个同事一起去附近的湖里收集螯虾样本,3个人在1小时内徒手抓了150只……

一般来说,自我复制是一种短期特别有效、但长期不那么看好的演化策略。优点在于省下了谈情说爱有性生殖浪费的能量,缺点一是缺少基因多样性,容易被疾病或寄生虫一扫而空;二是有害突变可能会不断累积,直致积重难返,所谓“穆勒棘轮效应(Muller's ratchet)”。不过,历史上也有一些自我复制的物种一直繁荣兴旺,比如被称为“演化丑闻”的蛭形轮虫,就这么孤雌生殖自我复制了几百万年。大理石纹螯虾到底是会长盛不衰还是昙花一现?只能拭目以待。


变异小龙虾造福吃货?想多了!


每种入侵生物,必有人问能好怎。不少吃货摩拳擦掌——尽管放马过来,我能大吃一斤!

大理石纹螯虾能吃,但算不上好吃。而且这种动物是请神容易送神难,一旦入侵,绝对不是好事。

前面说到,大理石纹螯虾个子大,不过,这是和龙纹螯虾对比出的结果。如果和我们常吃的小龙虾即克氏原螯虾相比,那么克氏原螯虾体长一般在5.5-12厘米左右,比大理石纹螯虾还要大那么一点。也就是说,这种变异螯虾的肉,还没有普通小龙虾多

现在大理石纹螯虾在马达加斯加已经泛滥成灾,当地的穷人有时会吃这种螯虾,作为一种廉价蛋白质。然而,这种螯虾依然被列为“低经济价值”。而且这种螯虾会吃小鱼,导致鱼类数量下降;在稻田里,它们会啃食水稻,导致稻谷产量下降。马达加斯加当地就发现,这种螯虾导致了稻谷歉收,渔获减少,总体来说,得不偿失。


马达加斯加市场上有售卖供人食用的大理石纹小龙虾熟食。图片来源:Ranja Andriantsoa


更不必说这种螯虾入侵造成的物种多样性下降。在马达加斯加,从2007~2017年,十年里大理石螯虾的栖息地范围增加了100倍,从1000平方千米变成10万平方千米,现在“虾口”数以百万计,已经威胁到7种马达加斯加的本土野生螯虾。

马达加斯加的“吃货”,没能阻挡大理石纹螯虾扩张的脚步。

抵抗变异鳌虾,必须这样做


欧盟和美国的密苏里州与田纳西州已经把大理石纹螯虾列入“禁品”。在欧盟,禁止出售、饲养、扩散或放生大理石纹螯虾。尽管中国还没有这样的禁令,但如果你养着大理石纹螯虾,千万不要把它放生,不要露天饲养因为它可以通过陆路逃走,不要把这种螯虾当成钓鱼用活饵

这种变异螯虾最理想的归宿,不是野外,不是餐桌,应该是实验室。

它好饲养,长得快,生得多,自己一只就能生出千军万马,基因型还完全一致,简直是理想的模式生物,可以用于研究生态、生理、发育、遗传、表观遗传……另外,这种动物能复制自身,能大量增殖,能迅速扩散,完全是癌细胞翻版。事实上,已经有科学家考虑用这种螯虾来模拟癌症,以研究抗癌策略。也许有一天,“恶魔螯虾”带给我们的知识,会拯救无数人类的生命。

一个AI

“生得越多越好,长得越大越好。不就是小龙虾的亲戚么,控制入侵还得靠中国吃货。”


拉倒吧,中国境内已有那么多入侵物种,吃货并没有解决问题啊。罗非鱼,刺少,好吃吧?牛蛙,肉多,好吃吧?照样泛滥!



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