【科學講堂】魚類竟有「女兒國」 基因轉換助延續

《西遊記》與《鏡花緣》皆描寫了女兒國的情節，勾勒出僅有女性的國度。東西方亦存在其他類似的說法，然而我們自然會質疑：僅有單一性別的族群，如何能夠延續下去？自然界中確實存在無性繁殖的可能，但此方式較易導致基因品質下降，因此有性繁殖在物種中更為普遍。近日，一項研究分析了一種北美魚類如何長期依賴無性繁殖，卻仍能存活得比科學家預期更為長久。本文將與各位探討此一課題。

有性繁殖是現今生物界的主流繁殖方式，但目前仍有數千個物種採用無性繁殖。秀美花鱂這類魚種，便是科學界所知第一種行無性繁殖的脊椎動物。這種小魚棲息於墨西哥東北部至美國南部的淡水水域，推測約在十萬年前由雌性短鰭花鱂與雄性茉莉花鱂雜交而誕生。

這兩種「祖先魚類」本為有性繁殖，卻繁衍出了行無性繁殖的秀美花鱂。秀美花鱂全為雌性，所產下的魚卵與自身基因組成完全相同。雖然這些魚卵仍需藉由其他近緣魚類的精子來啟動胚胎發育，但精子中的遺傳物質事後大多會被排除，因此後代仍與母親擁有相同的基因。

缺乏突變或降基因「抵抗力」

相較於有性繁殖，無性繁殖可避免性傳染病的散播，也無需耗費精力尋找配偶，看似是一種頗為高效的繁殖方式。然而，無性繁殖通常被視為生物演化的死胡同：有性繁殖能讓不同個體的基因相互混合，有助於有利基因快速傳播，並能更有效地剔除有害基因。

反之，在無性繁殖中，後代的基因雖與母體大致相同，但當突變產生而引入新基因時，卻缺乏有效的機制來排除有問題的基因，因而可能使物種逐步走向滅絕。不過，秀美花鱂這類小魚已然存活了十萬年之久，似乎並未遭遇重大困境；這又是為何呢？

所幸，秀美花鱂與其行有性繁殖的「祖先魚類」至今仍共存於世，因此我們可運用基因組分析的方法，比較有性繁殖與無性繁殖對基因演化的不同影響。此類分析顯示，如同預期，無性繁殖的秀美花鱂確實呈現出較多的基因變異，但有害的基因改變並未顯著累積。這表明秀美花鱂體內另有機制來處理有問題的基因。

基因轉換便是其中一種機制。在基因轉換過程中，一段DNA會從一條染色體複製到另一條染色體上，從而掩蓋可能有害的基因突變。如此一來，基因雖未必能快速適應外界變化，但能減緩有害基因的累積。基因轉換常發生在與免疫相關的基因區域；在植物中，我們亦可在進行光合作用的葉綠體裏觀察到此現象。

小結

此次分享的研究探討了無性生殖的機制及其與基因演化的關聯，有助於我們進一步理解複雜的生物系統。

●杜子航 教育工作者 早年學習理工科目，一直致力推動科學教育與科普工作，近年開始關注電腦發展對社會的影響。