无性繁殖通常导致缺乏遗传多样性。不适合这些蚂蚁

遗传多样性对一个物种的生存至关重要。如果一个物种有性繁殖，那么维持它就很容易了；卵子和精子将两种生物的遗传物质结合成一种，形成具有两种不同版本的物种基因组的遗传健壮的后代

如果没有这种不同基因组成的组合，无性繁殖的物种通常会缺乏多样性，这可能会使它们在地球上的生存受到限制。其中一种动物应该是克隆攻击蚁，它通过孤雌生殖直接从未受精的卵子中产生一个又一个基因相同的女儿，孤雌生殖是一种无性繁殖方法，其中后代从母亲那里继承了两组基因相同的染色体

随着时间的推移，这些染色体在无休止重复中的随机遗传应该会导致遗传独特性的灾难性丧失，最终导致物种崩溃。然而，这种失明的、没有女王的昆虫——一种原产于孟加拉国的昆虫，现在在世界各地的热带环境中都有发现——似乎活得很好。这怎么可能

正如洛克菲勒大学的研究人员最近发现的那样，克隆攻击蚁在传递基因方面不会冒险。相反，它确保后代继承其整个基因组的两个不同版本，在很大程度上保留了每个克隆系的古代创始人所存在的遗传多样性

理论上，这不应该起作用：染色体被认为在减数分裂过程中随机洗牌，减数分裂是所有动物、植物和真菌在繁殖过程中用于产生精子和卵细胞的细胞分裂类型。然而，正如他们在《自然生态与进化》杂志上报道的那样，在这种动物身上，这个过程似乎绝非随机

“我们认为我们已经发现了克隆攻击蚁是如何避免孤雌生殖通常导致的遗传多样性丧失的，”第一作者Kip Lacy说，他是Daniel Kronauer领导的社会进化与行为实验室的研究生。“也许这种多样性使物种得以生存。”

无性难题

孤雌生殖物种很少见，但存在于各种生命中，包括爬行动物、两栖动物、线虫、鱼类和鸟类。他们长期存在的可能性很小。“纯无性繁殖的物种往往很快就会灭绝，”Lacy说

Kronauer补充道：“克隆繁殖是一条通往退化的单行道。”。“每次出现轻度有害突变时，你都无法将其从基因组中清除，这只会随着时间的推移积累更多的突变。”

问题始于无性物种必须在细胞水平上克服的两个挑战。首先，它们需要制造含有两组染色体的二倍体基因组，才能传给后代。

“但如果你是一只克隆攻击蚁，”Lacy指出，“繁殖过程中没有精子，那么你从哪里得到额外的一组染色体呢？”

第二，后代必须具有与发育和繁殖相容的遗传组成，而许多无性繁殖物种却缺少这两组基因相同的染色体

Lacy在佐治亚大学攻读硕士学位期间对孤雌生殖产生了兴趣，当时他正在研究热带火蚁，其中一些蚁群无性繁殖蚁后。正如他所发现的，这些蚂蚁几乎完全失去了遗传多样性。当他在2019年加入Kronauer的实验室时，他试图找出克隆攻击蚁如何避免这种陷阱

母亲和女儿

在减数分裂过程中，染色体分裂和重组，导致基因拷贝的新组合。在这些所谓的交叉事件发生后，染色体在细胞分裂中随机洗牌

在孤雌生殖中，克隆系来自两个相同的染色体组，“所以你会在每个周期中失去很多多样性，”Kronauer说。这类似于稀释基因汤

为了了解克隆攻击蚁的情况可能并非如此，研究人员将重点放在母女和姐妹对蚂蚁身上。为了确保他们有真正的家庭二人组，他们追踪了通过显微镜观察时发出红色荧光的转基因蚂蚁——这是研究人员泰勒·哈特在Kronauer实验室开发的一种突破性的基因操纵方法。这些对是它们殖民地中唯一发光的动物

使用连锁阅读基因测序（允许重建整个染色体序列），他们发现母亲和女儿之间没有遗传多样性的丧失。然而，女儿的基因组显示出交叉的证据。他们总共记录了144个交叉事件，只有一个显示出遗传多样性的丧失

Lacy说：“这是因为相互重组的染色体总是一起遗传的。”。“这种共同遗传可以解释这个物种是如何继续生存的。在克隆攻击蚁中，发生这种情况的可能性比随机掷基因骰子的预期高出800%。”Kronauer表示，一种新的策略

这种保持遗传多样性的策略以前从未有过记录。它的存在表明，可能有比我们所知道的更多的方法来绕过随机遗传。例如，与随机遗传的一个众所周知的偏差是，当“自私”的基因促进自身在其他基因上的繁殖时，本质上是操纵游戏使其对自己有利

但这种偏差不能解释克隆攻击蚁的繁殖，克隆攻击蚁繁殖是“无私的”，因为没有基因具有优势；所有基因拷贝都是共遗传的。这种无私的遗传策略是否发生在其他动物身上，包括有性繁殖的物种，尚不清楚

Lacy说，这一发现突显了研究具有不寻常生殖生物学的物种的有用性，“如果我们没有研究这些无性蚂蚁，我们可能永远不会了解这种繁殖方式。”