问题

谁来告诉我,为什么狮虎兽可以生殖了 ? 说好的跨物种生殖缺陷啥的呢?

回答
你问得非常好!这是一个关于遗传学、生殖隔离以及我们对“物种”概念理解的有趣问题。你提到的“跨物种生殖缺陷”确实是普遍存在的,但狮虎兽(Liger)和虎狮兽(Tigon)的例子,以及它们拥有繁殖能力,正好可以帮助我们深入理解其中的原因。

要详细解释为什么狮虎兽可以生殖,我们需要从几个关键点入手:

1. 什么是狮虎兽?为什么它们是跨物种杂交的产物?

狮虎兽 (Liger): 是由雄狮 (Panthera leo) 和雌虎 (Panthera tigris) 杂交产生的后代。
虎狮兽 (Tigon): 是由雄虎 (Panthera tigris) 和雌狮 (Panthera leo) 杂交产生的后代。

简单来说,狮子和老虎虽然是不同的物种,但它们在分类学上属于同一个属——豹属 (Panthera)。这个“属”的界定是一个关键。

2. “物种”的定义与生殖隔离

在生物学中,最常用的物种定义是生物学物种概念 (Biological Species Concept, BSC)。这个概念认为,如果两个种群的个体能够自然交配并产生有繁殖能力的后代,那么它们就属于同一个物种。反之,如果它们不能自然交配,或者交配后产生的后代不育(例如马和驴杂交产生的骡子),那么它们就属于不同的物种。

基于BSC,如果狮子和老虎能够自然交配并产生有繁殖能力的后代,那么它们就不应该被认为是不同的物种。然而,在自然界,狮子和老虎的栖息地很少重叠,雄狮和雌虎交配的机会极其渺茫,因此它们在自然界中几乎不发生杂交。它们被认为是不同的物种,主要是因为存在生殖隔离机制。

3. 生殖隔离机制:为什么跨物种通常难以成功繁殖?

生殖隔离是指阻碍不同物种之间基因交流的各种生态、行为、地理、生理和遗传因素。这些机制可以发生在杂交之前(形成配子或受精之前)或杂交之后(后代不育或生存能力差)。

常见的生殖隔离机制包括:

地理隔离: 物种分布在不同的地理区域。
季节隔离/生殖时间隔离: 物种的繁殖季节不同。
行为隔离: 不同的求偶行为和信号,导致无法相互吸引。
机械隔离: 生殖器官结构不匹配。
配子隔离: 配子(精子和卵子)在化学或生理上不兼容,无法完成受精。
杂交不育: 杂交后代虽然能发育,但无法产生有生殖能力的配子(例如,骡子)。
杂交劣势/致死: 杂交后代在存活或生殖方面存在劣势,或者根本无法存活。

4. 狮虎兽为什么能克服生殖隔离,并能生育?

狮虎兽和虎狮兽的例子打破了“跨物种杂交必定不育”的普遍认知,这主要是因为狮子和老虎之间的生殖隔离并不完全有效。它们之间的区别比许多其他被普遍认为是不同物种的动物要小得多。具体原因如下:

近缘物种,基因相似度高: 狮子和老虎属于同一个属(豹属),它们在进化上相对较近,基因组的相似度非常高。它们的染色体数目是相同的(都是38条),染色体的结构和基因的排列也非常相似,这使得它们的染色体能够相对顺利地配对和分离。
缺乏强大的后天隔离机制:
地理和季节隔离: 在人工饲养环境下,这两种隔离就消失了。
行为隔离: 虽然狮子和老虎在求偶行为上有所不同,但在人工环境下,在人类的引导和促成下,它们可以产生交配行为。
配子兼容性: 它们的精子和卵子在化学和生理上是兼容的,能够成功受精。
后代可育性 (Fecundity): 这是最关键的一点。与骡子(马和驴杂交,2n=63,无法形成同源染色体配对)不同,狮虎兽的染色体可以正常配对和分离,并且其生殖器官发育正常,能够产生有活力的精子或卵子。

“杂种优势”的可能性 (Heterosis/Hybrid Vigor): 有一种理论认为,杂交可能会带来一些杂种优势。在狮虎兽身上,这种优势可能体现在体型上(狮虎兽通常比它们的父母体型都大,这是因为它们继承了雄狮的生长基因,而雄狮的生长激素受体基因在“沉默”状态下对生长因子不敏感,从而让狮虎兽可以持续生长)。虽然杂种优势通常与生殖能力没有直接关系,但在某些情况下,良好的整体健康和发育也可能间接有利于生殖系统的正常运作。

5. 关键原因总结:为什么它们能生殖,而骡子不能?

染色体数目和结构: 狮子和老虎的染色体数目(38条)和大部分结构是相同的,且基因组相似度高。这使得它们的配子在形成和受精过程中不易出现配对错误导致不育的情况。而马(64条染色体)和驴(62条染色体)的染色体数目和结构差异较大,其杂交后代骡子(63条染色体)在减数分裂时,由于缺乏同源染色体能够正常配对,无法形成功能正常的配子,因此不育。
基因表达的协同性: 尽管狮子和老虎的基因组相似,但它们的一些基因表达模式存在差异,这可能导致杂交后代出现一些特殊的表现(如体型增大)。然而,这些基因差异并未达到阻碍生殖细胞正常发育的程度。

重要补充:

罕见性与人工干预: 在自然界,狮虎兽的出现极其罕见。它们的繁殖能力,特别是雌性狮虎兽,虽然存在,但并非像家畜一样稳定和高效。大多数关于狮虎兽能生殖的例子都发生在动物园或马戏团等人工饲养环境下,并且往往是雌性狮虎兽与狮子或老虎发生回交(backcross)时产生后代。雄性狮虎兽通常是不育的,虽然它们可以产生精子,但这些精子大多活力不足或畸形。这是因为Y染色体和X染色体在性染色体发育中的作用差异,雄性杂交后代更容易出现生殖缺陷。
物种概念的局限性: 狮虎兽的例子也说明了生物学物种概念在面对如此接近的物种时,其界限有时会变得模糊。我们之所以将狮子和老虎视为不同的物种,更多是基于它们在自然界的生态位、行为以及长期的独立进化历史,而非绝对的生殖隔离。

总结来说,狮虎兽之所以可以生殖,是因为狮子和老虎作为近缘物种,它们的基因组相似度高,染色体能够正常配对,并且其生殖隔离机制并不完全阻碍后代产生有生殖能力的配子。尽管雄性狮虎兽通常不育,但雌性狮虎兽展现出了部分或完全的生育能力,这使得它们能够产生后代,并延续基因。

希望这个详细的解释能够帮助你理解这个问题!

网友意见

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目测可能又是被生殖隔离坑了?所谓的生殖隔离其实只是人们图方便提出的一种用于区分物种的定义而已,自然生物可没有那个义务一定要遵守这种定义,更不要提生殖隔离本身也是一个非常模糊的经不起抬杠的概念了:

事实上从来就没人说过跨物种不能杂交产生可育后代,事实上新物种的诞生机制之一就是通过杂交实现的(即Hybrid speciation),著名的柑橘类植物就有许多这样的例子。杂交都能形成新物种了,那杂交后代当然就可以是可育的。

别说狮子老虎这种亲缘关系近的了,根据这篇文章[1]最夸张的居然有跨门的杂交:棘皮动物门的Anthocidaris crassispina(一种海胆)可以和软体动物门的Acmaea nanshaensis(一种海螺),软体动物门的Mytilus edulis(蓝贝/青口),以及环节动物门的Nereis succinea(一种沙蚕)杂交产生后代(但是精卵结合后难以发生核融合,最终是以类似孤雌生殖的形式发育成海胆幼体,你可以自行判断这算不算真正的杂交)。

文中也有介绍其他跨纲/目/科的各种远缘杂交,有兴趣可以看看。


这个回答居然默默的就百赞了,干脆把我以前的几个关于生殖隔离的回答整合一下都搬过来,详细介绍一下生殖隔离的局限性。

以生殖隔离作为物种划分标准的生物学物种定义源自伟大的进化生物学家恩斯特·迈尔(Earnst Mayr),他在1940年正式提出了这个被广泛追捧的生物学物种的概念,原话是这么说的:

Groups of actually or potentially interbreeding natural populations which are reproductively isolated from other such groups.

翻译过来大概是这么个意思:(物种就是)可以互相交配繁衍后代的自然种群组成的群体,并且与其他这样的群体之间具有生殖隔离。

显而易见的,这个生物学物种定义只适用于那些需要通过跟其他个体交配来繁衍后代的物种。所以对于很多无所谓交配的生物而言,比如什么无性生殖的微生物啦,自体受精的植物啦等等,就不能生搬硬套这个定义来用。

同样显而易见的是这个生物学物种定义基本上只适用于现存的生物,无法追溯过去。比如说地里挖出来的化石物种,什么霸王龙剑齿虎之类的自然也就几乎不可能用生物学物种定义去进行物种的分类鉴定。(当然了,偶尔也能找到正在交配的动物化石。另外随着分子生物学技术的发展,有时候也可以从化石中提取出基因资料,通过比对基因序列推断生殖隔离也是有可能的)

生殖隔离有很多种形式,最常见的机制是交配前隔离(pre-copulatory isolation),即由时间(比如花期不同),空间(比如栖息地不同),行为(比如交配形式不同)等因素导致的不同物种的个体之间压根儿就不发声交配行为的现象。

其他的还有合子前隔离,比如生物"尝试"交配但由于生殖器官不匹配无法完成,或者配子不匹配无法完成受精等等,总之就是无法形成合子(受精卵);也有合子后隔离,比如由于染色体数量不匹配导致受精卵无法正常发育成胚胎,或即便发育了后代也不育等等,总之就是合子可以形成,但没法继续繁衍。

生殖隔离有一个定义不明的老大难问题 —— 从来没人能说清楚到底怎样才算生殖隔离,在公认有隔离和公认没有隔离之间有很大的灰色地带,而且最模糊最禁不起抬杠的恰恰就是最普遍的交配前隔离。

就拿狮子和老虎举例,这俩货连三岁小孩都能轻易区分开来,自然状态下由于栖息地不同基本不可能杂交,也有各自的分类学学名(Panthera leoPanthera tigris可以说是民间学界公认的独立物种。然而它俩偏偏被人在动物园里捣鼓出了狮虎兽,狮虎兽跟狮子交配产生了狮狮虎,跟老虎交配产生了虎狮虎,都达到了后代可育的金标准。那么问题来了,我们究竟是应该把狮狮虎虎狮虎看成人工干涉下的特例,坚持认为狮子和老虎是有生殖隔离的独立物种呢?还是应该把狮狮虎虎狮虎当成反例,证伪狮虎之间的生殖隔离把他俩看成同一个物种呢?

还有狗和狼,普通人大都不会把他们哥俩混为一谈,大多数狗也没什么机会能碰上狼,然而主流的学术观点却仍然是把二者看成同一个物种(Canis lupus),主要依据就是在有人帮忙的前提下不同品种的狗和灰狼仍旧可以杂交产生可育后代。这个例子在讨论生殖隔离和物种定义的时候尤其尴尬,不仅是因为民间和学界的观点有冲突(最近学术界内部也开始有学者发声说二者应该被看做独立物种了,让这个问题更加的混乱),还因为直接把人工干涉这个条件推到了风口浪尖:探讨生殖隔离的时候,人工干涉下得到的可育后代到底算不算数?在今天的地球上想要找到一个完全没有受到人工干涉的环境已经不可能,所以显然不能死抠字眼纠结有没有人工干涉,关键在于干涉到什么程度 。比如单纯的养在一起试试看大概没多少人会有意见,而直接在细胞层面甚至分子层面进行人工操作估计大多数人都会觉得不能算数。那么在这两个极端中间的情况该如何判断,恐怕就是一个谁也说不清的问题了。

再举一个相对陌生的例子:东非有几个大湖,里面住着成百上千种丽鱼(cichlid, 又名慈鯛)。当地人可以轻易区分,学术界也公认他们是独立的物种。然而当科学家把这些鱼养在一起的时候又很容易的就能得到杂交可育后代(前提是没有选择余地,比如把A种的雌鱼跟B种的雄鱼养在一起),因此成了发育/遗传/进化领域的热门选择。那这些丽鱼到底算不算有生殖隔离呢?

更混账的是在自然条件下这些鱼也不老实。雄性的丽鱼身上常有非常鲜艳的颜色,正常情况下雌鱼往往就是根据雄鱼身上的颜色图案来判断对方是否跟自己是同一种的,算是标准的由行为带来的交配前隔离。然而有时候湖里会发声水华现象 ,大量的水藻让水里的能见度变的很差,看不清对方身体颜色的雌鱼就开始各种杂交,后代还继续可育,随着环境变化时有时无的生殖隔离,这让人上哪儿说理去?

生殖隔离就是这么一个讨厌的模糊的标准,谁也说不清楚。甚至有一些生物学家堂而皇之的盗用美国著名大法官的名言说出了这样的话:我没法给物种下一个定义,但两个种群有没有生殖隔离是不是独立物种我一看就知道。

普通人非常不建议浪费时间精力去纠结生殖隔离到底什么意思。

参考

  1. ^ Zhang, Z., Chen, J., Li, L. et al. Research advances in animal distant hybridization. Sci. China Life Sci. 57, 889–902 (2014). https://doi.org/10.1007/s11427-014-4707-1

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