一个个体可以有多少个生物学父母？可能不止3个

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撰文 | Meg Duff

翻译 | 朱心怡

审校 | clefable

地球上有各式各样的家庭，不是所有的父母都和孩子有生物学上的亲缘关系。在基因学上，大多数人有一个父亲和一个母亲，并从父母那里继承DNA。然而，从生物技术的角度来看，有极少数人会有三个父母。不过根据“父母”的定义，有些生物远远不止有3个父母。

那么一个有机体最多能拥有多少个父母？有些动物最多可以有多达3个生物学父母，植物至少有三个，而细菌可以有很多个。

人类和大多数其他动物都是有性繁殖。来自母亲的一个卵子和父亲的一个精子结合后——DNA也会融合，会形成一个新的细胞。这个细胞经过一次又一次分裂、分化，最终会形成一个新的个体。

在极少数情况下，一个人继承的遗传物质会来自3个亲本——2个精子和1个卵子或者2个卵子和1个精子。在线粒体替代疗法（mitochondrial replacement therapy）中会出现后一种情况。人的大部分DNA都储存在细胞的细胞核中。受精之后，受精卵会继承卵细胞的细胞质以及其中线粒体的DNA。当线粒体DNA受损时，可能导致不孕症（怀孕后流产）、胎儿出现严重的肌肉和神经疾病。

受精卵 图片来源：Pixabay

为了帮助面临这些挑战的家庭，研究人员开始使用另一个卵细胞中健康的线粒体DNA来替换已有卵子中的线粒体DNA。在过去的十年里，有些孩子借助这种方法出生的，他们只有不到1%的DNA来自捐赠的卵子。

在人和其他动物中，还存在一种非常罕见的情况——两个来自不同父本的精子使同一个卵细胞受精，这个受精卵就可能偶然拥有三个生物学父母。瑞士苏黎世大学（University of Zurich）植物发育遗传学教授Ueli Grossniklaus说，这种现象也被称为多精子现象（polyspermy），十分罕见，因为卵子在受精后几微秒就会阻止其他精子再进入。他说，虽然这种情况会发生，但“通常情况下，后代都会死亡。”

Grossniklaus解释说，精子和卵子中的DNA融合时，会受到一种名为中心粒的结构的牵引。生殖过程通常只有两个中心粒在发挥作用——一个来自卵子，一个来自精子。“三倍体的哺乳动物无法生存，”Grossniklaus向Live Scienc表示，“但如果，身体中只有一部分是三倍体，那生物或许就能生存了。”

通常情况下，三倍体细胞无法正常分裂——通常会分裂成三个细胞，而不是两个细胞。这些新分裂的细胞没有正确的遗传物质组合，无法生存下来。不过有时一些细胞还是能继续存活。一个孩子身体的某些部位可能有来自一个精子的DNA，而其他部位是另一个精子或两个精子的DNA。这种混合形式也称为基因镶嵌（genetic mosaicism），也是非常罕见的。科学家曾在一些有严重智力和身体残疾的人类儿童，以及马和牛的胚胎中，发现了这种情况。Grossniklaus说，在我们所知的一些案例中，两个精子都来自同一个父亲，不过也应该存在两个精子来自不同父亲的情况。

根据2017年一项发表在《基因组生物学与进化》（Genome Biology and Evolution）上的研究，钝口螈属（Ambystoma）中的一些蝾螈也有多个父母。这些蝾螈会与钝口螈属其他蝾螈中的雄性交配，但只会产生雌性后代。当这些雌性蝾螈在交配时，它会保留雄性的一些基因，同时丢弃掉其他基因。通过研究一只雌性蝾螈体内来自3个不同雄性亲本的“额外”基因组拷贝后，研究人员发现，每个“父亲”对“女儿”的贡献是相等的。

火蝾螈 图片来源：Pixabay

该研究的第一作者、美国爱荷华州立大学的生物学家Kyle McElroy在一份声明中说：“基本上是平衡的”。来自三个“父亲”的基因组在子代雌性蝾螈中的表达基本也是相同的。

Grossniklaus说，“由于植物细胞在分裂时没有任何中心粒”，它们可以拥有三个遗传学上的亲本，来构建体内所有的细胞。为了寻找拥有2个以上亲本的植物，Grossniklaus在玉米上进行了试验，并将研究成果发表在了《当代生物学》（Current Biology）杂志。每个玉米粒都是一个受精卵。他将玉米粒培养为胚胎，然后对它们进行了检查。他说，“其中一个是三倍体种子，它一定有两个父亲。”另一个研究小组在经常被研究的一种芥菜植物——拟南芥中，找到了有三个亲本的细胞。

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但是，植物可以拥有4个或以上的亲本吗？Grossniklaus说：“我认为这是可能的，但可能需要某种突变。“植物花粉中的精子会通过花粉管到达花朵中的卵子。大多数卵子只连接一个花粉管，但有些有两个。Grossniklaus假设，植物想要有三个以上的亲本，需要通过基因突变产生更多的花粉管。这种情况可能也存在于其他物种中，但需要进一步的研究。

不过在细菌中，“父母”和“孩子”的含义则会变得复杂起来。细菌是单细胞生物，主要通过分裂进行无性繁殖。美国贝勒医学院（Baylor College of Medicine）的细菌遗传学家Susan Rosenberg说，当一个细胞一分为二时“父母就成了孩子”。有时，研究人员会称其中一个细胞为“母亲”，而另一个为“女儿”。但对于细菌来说，这个“孩子”的称呼有点武断了。在细胞中，“父母”和“祖父母”之间的界限并不明显。

更为复杂的是，细菌还会相互或者从病毒身上获取DNA。Rosenberg表示：“排除掉疾病对DNA的影响，我觉得可以将个体获得DNA的来源，都称为它的‘父母’。所有的贡献者都有一部分父母的身份。”基于这个定义，Rosenberg说，“细菌可能有数千个父母，但它们通常不会同时存在。”

在植物和动物中，亲本的最大数量是有限的，因为每个个体都有一个明确的开始和结束。但是，细菌何时成为一个新的个体，并没有确定的时刻。Rosenberg说，这意味着细菌亲本的数量可能会非常惊人：它可能只受一个新亲本可能取代的基因总数的限制。