雖然我們可能認為自己的進化遠離斑點綠藻,但我們并沒有那么不同。幾億年前的一次藻類爆炸被認為是讓所有人類和動物生命進化的原因,而且所有人都告訴我們,就進化而言,我們之間只有大約15億年。
此外,根據(jù)一個日本研究小組的說法,藻類實際上可以幫助我們了解不同的性別系統(tǒng)——比如雄性和雌性——是如何進化的。
東京大學和其他一些日本大學的研究人員發(fā)現(xiàn),一種名為 Pleodorina starrii 的綠藻具有三種不同的性別——“雄性”、“雌性”和團隊稱之為“雙性者”的第三種性別。這是第一次發(fā)現(xiàn)具有三種性別的藻類。
研究人員之一、東京大學生物學家Hisayoshi Nozaki說:“發(fā)現(xiàn)一種具有三種性別的物種似乎非常罕見,但在自然條件下,我認為它可能并不那么罕見?!?/span>
藻類不是一個非常具體的科學分類。這是使用光合作用獲取能量的大量不同真核生物的非正式術語。它們不是植物,因為它們缺乏許多植物特征;它們不是細菌(盡管藍藻有時被稱為藍綠藻),也不是真菌。
從多細胞巨型海帶物種,一直到可愛的單細胞鞭毛藻,一切都可以歸類為藻類。
因為藻類是一個如此龐大、多樣化的群體,它們的繁殖方式有很多變化,但通常藻類能夠無性繁殖(通過克隆自己)或有性繁殖(與伴侶),這取決于它們所處的生命周期階段。這可以是單倍體(具有一組染色體),也可以是二倍體(具有兩組)。
還有雌雄同體的藻類可以根據(jù)生物體的基因表達而改變。具有三種性別,包括雌雄同體,被稱為“雌雄雜生(trioecy)”。
但volvocine綠藻P. starrii又與此不同。這種單倍體藻類的雙性形式具有雄性和雌性生殖細胞。該團隊將其描述為藻類完全獨有的“新的單倍體交配系統(tǒng)”。
P. starrii形成32或64個同性細胞營養(yǎng)菌落,并具有類似于人類的小型移動(雄性)和大型不動(雌性)性細胞。雄性性細胞以精子包的形式被送到世界各地,以尋找可依附的雌性群體。
雙性 P. starrii 兩者兼而有之,可以形成雄性或雌性群體,因此可以與雄性、雌性或另一個雙性者交配。
上圖:性誘導雄性藻類群落(左)。帶有雄性精子包的雌性群體(中心)。雄性配子分離的雌性群體(右)。
研究人員特別興奮,因為其他密切相關的藻類具有不同的性別系統(tǒng),這意味著這一發(fā)現(xiàn)可能會告訴我們更多關于這些性變化如何演變的信息。
該團隊在他們的新論文中寫道:“混合交配系統(tǒng),如三雌性,可能代表了二倍體生物中雌雄異株(有雄性和雌性)和雌雄同體(只有雌雄同體)交配系統(tǒng)之間進化過渡的中間狀態(tài)?!?/span>
“然而,以前沒有報道過在單個生物物種中具有三種性別表型的單倍體交配系統(tǒng)。”
30年來,Hisayoshi Nozaki一直在東京郊外的相模川收集藻類樣本。該團隊使用了 2007年和2013 年從該河流沿岸的湖泊中采集的樣本進行新發(fā)現(xiàn)。
該團隊分離了藻類群,并通過剝奪它們的營養(yǎng)來誘導它們進行有性繁殖,發(fā)現(xiàn)雙性藻有一個“雙性因子”基因,該基因與先前發(fā)現(xiàn)的雄性和雌性特定基因是分開的。
雙性細胞也有雄性基因,但可以產生雄性或雌性后代。
“在單一生物物種中共存三種性表型在野生種群中可能并不罕見,”研究人員總結道,“持續(xù)的實地收集研究可能會揭示其他volvocine物種中進一步存在三種性別表型?!?/span>
該研究已發(fā)表在《進化》雜志上。