在一种最奇特的繁殖途径中,这种日本小海虫的尾部实际上长出了一个"迷你我",然后它就可以展开这个"迷你我",独自游向远方,寻找类似的异性自主尾巴来产卵。与此同时,蠕虫也会长出另一条尾巴,以便再次交配。令科学家困惑的是,日本绿节虫(Megasyllis nipponica)是如何形成这种被称为匍匐茎的繁殖单元的。现在,东京大学教授三浦彻领导的研究小组解开了日本海中这种水生蠕虫复杂的基因表达。
繁殖对海洋生物来说是一项挑战,但这种蠕虫却能同时完成多项任务
随着这种海生蠕虫的成熟,它的后端会同步长出匍匐茎。当匍匐茎完全长成后,就会带有配子(卵子或精子),并通过匍匐茎化过程从蠕虫的躯干上分离出来。在这一阶段,匍匐茎已经长出了用于游泳的刚毛以及眼睛和触角。
然后,新独立的匍匐茎就开始寻找异性匍匐茎,并在其中释放配子。这样,它的任务就完成了。不过,蠕虫本身还在继续生活,成熟后还会重新长出另一条匍匐茎,以类似的方式展开。
进化生物学家认为,蠕虫之所以发展出这种繁殖能力,是因为当匍匐茎在野外进行危险的寻找配偶工作时,它能使主要动物远离危险。它还有可能使蠕虫的基因传播到更远的地方,这取决于匍匐茎游多远才能找到它需要的东西。
然而,匍匐茎是如何在蠕虫主体内部发育的,一直是科学家们感兴趣的一个谜。这项新研究终于揭示了这一奇特的性策略。
三浦说:"这表明,正常的发育过程是如何被改变,以适应具有独特繁殖方式的动物的生活史的。"
匍匐茎本质上是绿节虫的生殖"迷你版"
研究小组发现,负责总体身体结构的Hox基因在整个动物体内都是一致的,在这种情况下,绿节虫的分节结构也是如此。这让研究人员大吃一惊,他们原以为两端的表达可能会有所不同。
"有趣的是,在这一过程中,决定身体各部分特征的 Hox 基因的表达是恒定的,"三浦说。"这表明,只有头部部分在身体后部受到诱导,以控制产卵行为进行繁殖。"
现在,研究人员希望揭示是什么决定了匍匐茎会有卵子还是精子,特别是因为蠕虫在整个生命周期中都会重新生长这一部分,借此弄清性别决定机制以及音节虫生殖周期的内分泌调节机制。
这项研究发表在《科学报告》(Scientific Reports)杂志上。