用科技论文刷新你对蟑螂的三观：无性繁殖可持续3年都不是事
用科技论文刷新你对蟑螂的三观：无性繁殖可持续3年都不是事
最近，一篇关于蟑螂无性繁殖的研究引起了广泛关注。研究表明，美洲大蠊（蟑螂的一种）在特定条件下可以进行无性繁殖，并且这种繁殖能力与群体效应密切相关。本文将详细介绍这项研究的背景、实验设计、结果和讨论，帮助读者深入了解这一有趣的科学发现。
研究背景
兼孤雌生殖现象是很多动物的一种繁殖策略。在一些亚社会性和真社会性昆虫中，孤雌生殖（单性繁殖）要比有性生殖更普遍。从长期来讲，孤雌生殖具有一定的适合度代价，因为降低了后代的遗传多样性。但在短期内，尤其是资源充足的时期，通过孤雌生殖产生大量雌性后代、迅速占领栖息地，是一种很有用的策略，这一点在蚜虫上屡见不鲜。
在大部分动物中，孤雌生殖只有在没有雄性伴侣时才采用的繁殖策略，是有性生殖的备选。
实验设计
试验设置了11组行为实验，试验期从2013年8月到2014年1月。
- 1只对照雌性蟑螂与雄性蟑螂一起饲养，允许自由繁殖（group 1）
- 为了评价分组对无性繁殖效应，1只雌性单独饲养在容器内（group 2），2只雌虫一起饲养（group 3），3只雌虫一起饲养（group 4），4只雌虫一起饲养（group 5）
- 为了评价雄性的存在对无性繁殖的效应，一只雌虫与1只（group 6）或2只（group 7）外生殖器切除（genitalia-ablated）的雄性成虫合并饲养
- 为了评估感觉器官对无性繁殖的影响，3只上颚唇瓣（maxillary/labial palps）切除的雌虫（group 8）、一对触角（pairs of antenna）切除（group 9）、所有触须、唇瓣（all antennae/palps）均切除（group 10）用于实验。
- 为了评估性信息素对无性繁殖的效应，蜚蠊酮B引入单只饲养雌性试虫实验空间内（group 11），蜚蠊酮B能引诱远距离的雄虫并激发雄虫完整的交配行为。
为了比较2种生殖方式产生的卵鞘繁殖力差异，从2个生殖种群中（20只孤雌生殖雌虫群体、10对有性生殖群体）采集33个、30个卵鞘，独立比较孵化率。
主要结果
A不同生殖方式对羽化后第一个卵鞘生成的时间没有显著影响（13.2±4.7d），但无性繁殖方式第二个卵鞘形成速度较有性生殖显著变慢（27.0 ± 12.9 days vs 14.7 ± 4.3 days）。
B多只蟑螂合并饲养，卵鞘生成的周期缩短（群体规模越大、周期越短），并且趋于同步；但这一点，与住在一起的妇女生理期趋于同步的现象有本质区别。
C当一只雌虫与一只丧失交配能力的雄虫合并饲养时，卵鞘形成时间与单只饲养雌虫相比虽有延长但无显著差别，当与2只丧失交配能力的雄虫合并饲养时，则显著养长了卵鞘生成时间(Figs. 1h and 2b, 26.6 ± 4.9 days) than that when a female was kept withtwo females (Fig. 1e, 18.2 ± 4.0 days)。
D为了解感觉器官对卵鞘生成的影响，研究了感觉器官与卵鞘形成的关系。与正常雌虫相比，去除maxillary/labial palps对雌虫卵鞘形成几无影响，而去除触角（antenna）则显著延长了第二个卵鞘形成时间，同时去除maxillary/labial palps和antenna，显著延长第一、二个卵鞘形成时间。
E为探明信息素对卵鞘形成的影响，将蜚蠊酮B加入环境中，结果显示没有影响。由于信息素主要有为交配过的雌虫释放，交配过的雌虫释放量大大减少，信息素是种群中缺乏雄虫的标志。
F研究人员在2013年12月随机挑选了15只刚羽化的雌虫，到2017年2月，种群中有超过300只的不同龄期若虫、成虫的雌性蟑螂。下图是挑选的部分蟑螂照片。由于温湿度、营养条件适宜，部分试虫发育到了第五代。但是，无性繁殖产生的卵鞘孵化率只有30.3%，显著低于有性繁殖的46.7%，尽管卵鞘的尺寸无显著差异。这表明，无性繁殖对适合度有显著影响。这一发现与过去的研究相比，无性繁殖与有性繁殖间的差异并没有那么大。
讨论
成群生活的动物中，同种个体群体生活能降低死亡率、促进若虫发育、卵产量以及内分泌系统相关的发育。这种现象叫做群体效应或种群密度效应。
对于美洲大蠊，能在3年内通过孤雌生殖达到4代以上，无疑对公共卫生来说是一个威胁，因为其作为病原菌和室内过敏源的媒介。当然，这种现象是实验室人工驯化遗传变异的结果，还是野外品系也具有如此性状，需要进一步探讨。