寄生在黄蜂体内的细菌会消灭所有的雄黄蜂。现在,科学家们发现了一种方法。
3月份发表在《基因组生物学》(Genome Biology)杂志上的一项研究发现,很久以前,这种细菌从其他昆虫那里借用了决定性别的基因,现在利用它们制造出几乎所有雄性卵子都变成雌性的蛋白质。
“当我们第一次在细菌基因组中发现这种雌性因子时,我们真的很激动:这种蛋白质解释了细菌如何能够确保所有雌性黄蜂的许多方面,”该研究的资深作者,明尼苏达大学的昆虫学家阿米莉亚·林赛在一封电子邮件中告诉《生活科学》。
这种细菌生活在昆虫的细胞内,只能通过雌性卵子直接从母体传给后代,而不能通过精子。因此,他们受益于以女性为主的人口。虽然科学家在100年前就发现了昆虫组织内的生物,并在大约30年前发现它们能够扭曲昆虫的性别比例,但他们现在才开始了解细菌是如何操纵昆虫宿主来促进传播的。
这一切都要感谢这个微小的搭便车者。
多年来,科学家们发现,要提高种群中女性的比例,需要依靠大量的技巧,包括杀死男性胚胎,阻止不携带的卵子的发育,以及让有基因的男性发育出女性的特征。
“微生物已经进化出高度复杂的机制来操纵它们的宿主,”在英国利物浦大学研究昆虫进化的Hiroshi Arai在一封电子邮件中告诉Live Science,但他没有直接参与这项研究。
然而,确保全雌性种群的关键方法之一是通过操纵宿主繁殖,使其只产生雌性后代,而不需要雄性受精。
不同性别的黄蜂携带不同数量的染色体。男性只有一组染色体,因此,每个基因只有一个拷贝。它们由未受精卵发育而来。与此同时,雌性每个基因都有两个副本,由受精卵发育而来。
正常情况下,在生殖过程中,染色体被复制,然后分裂成单独的细胞,留下的子细胞的染色体数量是亲本细胞的一半。科学家们仍未完全了解的机制以某种方式阻止了最后一步,导致雌性从未受精卵发育成雄性。因此,所有的黄蜂都会携带并传播这种细菌给它们的后代。
德国马克斯·普朗克化学生物学研究所昆虫共生项目负责人托拜厄斯·恩格尔在接受《生活科学》杂志采访时表示:“昆虫对宿主性别决定的影响较小,而是成为宿主性别决定的一个组成部分。”恩格尔没有参与这两项研究。
但是强迫性别决定究竟是如何发生的仍然是个谜。
这项新研究部分回答了这个问题。
6月发表在《当代生物学》(Current Biology)杂志上的另一项研究发现,隐藏在昆虫DNA中的基因似乎起源于昆虫,而不是细菌。这种基因编码的蛋白质似乎在性别决定中起着关键作用。
林赛告诉《生活科学》杂志:“很高兴看到,Luan博士的团队和我的团队的工作集中在同一种蛋白质上,这种蛋白质负责昆虫作为雌性发育。”
两项研究都发现,其中两个基因产生的蛋白质与其他昆虫的性别决定基因非常相似。
这表明,用于消灭雄性的基因是从它在进化历史中感染的另一种昆虫那里借来的。
已经被用于减少携带疟疾、登革热和寨卡热等疾病的昆虫的数量。寄生蜂被用来消灭农业害虫白蝇。新井告诉《生活科学》杂志说,提供对如何控制昆虫种群的更多了解的研究可以进一步改善这些项目的发展。