最大规模鲨鱼人工授精研究：确定鲨鱼能孤雌生殖

科学家们通过发展水族馆繁殖计划来帮助保护鲨鱼，这些计划通过增加基因多样性的方式将个体配对。在《科学报告》(Scientific Reports)上的一项新研究中，科学家们进行了有史以来最大规模的人工给鲨鱼授精。他们的工作产生了97只新鲨鱼幼崽，其中一些幼崽的父母生活在国家的两端，还有一些幼崽根本没有父亲。

　　

 

   

一只通过人工授精出生的小竹鲨。来源：太平洋水族馆

对于鲨鱼来说，这是一段艰难的时期。污染、工业化捕捞和气候变化威胁着海洋生物，许多顶级海洋捕食者的数量近年来已经下降。除了研究野生鲨鱼外，科学家们还依靠生活在动物园和水族馆的鲨鱼来拯救鲨鱼，这样他们就可以帮助建立繁殖计划，并更多地了解鲨鱼茁壮成长所需的条件。科学家们的一个重要方法是为鲨鱼充当媒人，以增加基因多样性的方式将个体配对。在《科学报告》(Scientific Reports)上的一项新研究中，科学家们进行了有史以来最大规模的人工给鲨鱼授精。他们的工作产生了97只新鲨鱼幼崽，其中一些幼崽的父母生活在国家的两端，还有一些幼崽根本没有父亲。

“我们的目标是开发人工授精作为一种工具，可以用来帮助维持水族馆中鲨鱼的健康繁殖种群，”该论文的第一作者、特拉华大学的Jen Wyffels说。

“移动整只动物从一个水族馆到另一个伴侣是昂贵的,且会对动物造成压力,但是现在我们可以通过精子移动基因,”该研究的作者之一、Kevin Feldheim说,他是芝加哥菲尔德博物馆的研究员，负责新生鲨鱼DNA分析来确定它们的血统。

弄清楚鲨鱼的亲子关系可能很棘手，因为鲨鱼的繁殖并不总是那么简单：在某些物种中，雌鲨在交配后可以将精子储存数月，它们“有需要”就用这些精子受精，所以新生鲨鱼的父亲不一定是母鲨最近接触的雄性；一些雌性鲨鱼甚至可以在没有雄性的情况下进行繁殖，这一过程被称为孤雌生殖。在孤雌生殖中，雌性的卵细胞能够相互结合，创造出一个只包含来自母亲的遗传物质的胚胎。

为了研究鲨鱼繁殖，研究人员把重点放在了白点竹鲨身上——鲨鱼人工受精的理想对象。

在尝试人工授精之前，研究人员必须确保潜在的雌性没有携带来自前一次约会的精子。Wyffels说:“候选者雌与雄分离，然后对它们产下的卵进行监测，以确保它们不能生育。这种鲨鱼有规律的产卵时间，很像鸡，因此它们被称为‘海里的鸡’”。

为了确定这些卵是否不能生育，科学家们用水下的光线透过皮质的长方形卵箱(被称为“美人鱼钱包”)，看看蛋黄上面是否有一个蠕动的胚胎。如果在六周或更长的时间内没有受精卵，鲨鱼可以就准备受精了。

科学家们收集并评估了19条鲨鱼的82份精液样本，以便区分好的和坏的样本。一些好的样本被送到附近的雌性那里进行授精，而其他的样本则被冷藏起来，运往全国各地。当精液到达瑞普利烟雾水族馆或太平洋水族馆时，有一只雌鱼正在那里等着，研究人员给她注射镇静剂，然后把精液放进她的生殖道——这个过程用了不到十分钟。在这项研究中，总共有20只雌性接受受精。

小鲨鱼在孵化4个月后从受精卵中孵化出来。Wyffels说:“这些刚孵化出来的小鱼大约有你的手那么大，它们有独特的斑点模式，可以帮助区分它们。”研究人员从所有新生鲨鱼及其父母身上提取了组织样本，这样Feldheim就可以在菲尔德博物馆的普利兹克分子系统学和进化实验室分析它们的DNA。

Feldheim开发了一套遗传标记（DNA指纹）来确定亲本。Feldheim说:“我们对DNA进行了测序，发现了编码重复的部分。这些重复的编码片段充当了信号，当我们在新生鲨鱼身上看到它们时，我们将它们与潜在的父亲进行匹配。”研究小组发现，在27.6%的样本中，新鲜采集的精液对卵子受精有效;冷藏24小时和48小时的精液成功率分别为28.1%和7.1%。在对后代的基因分析中，该团队还发现了两个孤雌生殖的例子，即母亲在没有使用受精卵的情况下独自繁殖。Wyffels说:“这些孤雌生殖的案例是出乎意料的，有助于说明我们对鲨鱼有性生殖和胚胎发育的基本机制了解得多么少。”

根据这些初步结果，科学家们希望帮助水族馆扩大和管理它们的鲨鱼繁殖项目。“也有其他关于鲨鱼人工授精的报道，但雌性鲨鱼很少。在这项研究中，我们的精子数量达到了两位数，因此我们可以研究不同的方法来准备和保存精子用于受精。”Wyffels说。“而鲨鱼父母的幼崽生活在近3000英里之外，而精子是提前几天收集的，这绝对是第一次。”

Feldheim说:“这个试点项目的目标之一就是看看它是否有效。现在，我们可以将其扩展到其他实际上需要帮助繁殖的动物，从水族箱中的其他物种到野生环境中受到威胁的鲨鱼。”

研究人员还指出，如果这些研究有助于保护野生鲨鱼，那很大程度上要归功于水族馆。Feldheim说:“如果不是水族馆，我们不可能知道鲨鱼的孤雌生殖。”

“水族馆可以让你长期观察同一种动物个体，这在野外是很难做到的，”Wyffels说。“水族馆的人每天都关注着他们的动物。它们注意到与繁殖有关的行为的细微变化，并告诉我们它们看到了什么。这样的研究依赖于这种合作。我们已经把我们从这项研究中学到的东西应用到其他物种上，特别是沙虎鲨，这是一种不经常在水族馆繁殖的受保护物种。”

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