为何生物有“性”

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新京报制图/师春雷

雄性孔雀张开美丽的羽毛招引异性;雄狮拼命地追逐着雌狮;人类为了吸引异性,更是用上了千招百计:舞厅里,青年男女热火朝天地扭动着身姿,女性穿着清凉,展示妙曼身姿,男性尽力地在异性面前展示自己的财力……

我们花了这么大精力来让自己更吸引异性,从生物学上讲,是因为动物希望繁衍后代。如同其他适应能力一样,性是生物在残酷的物种丛林中幸存下来的一个方式。在过去的一百多年中,生物学家都认为,雄和雌的交配,生下兼有两者特点的下一代,是为了让基因多元化,更能适应环境。但这个假设却存在很多疑问。一个最新的生物学假设认为,性的目的是为了减少基因多样化,保证一个物种的“纯正”。

性的存在就是“悖论”

进化论解释了物种演化的很多特点。人学会直立行走,学会使用工具,是因为这样更有利于获得食物,对抗天敌,战胜环境。恐龙变成飞鸟,是因为可以离开环境恶劣的地面,在没有天敌的天空继续演化。大千世界的生物,都因进化需要衍生出多元形态。

20亿年前,地球上全部都是无性生物,每个个体都可以在无需竞争,无需交配的情况下繁衍后代,但为何后来还是出现了有性生物呢?这个问题一直困扰着科学家,在进化生物学上,性的存在到底是什么原因,也被称为“皇后问题”。

在过去的130年中,一个常见的解释是基因多元化假设。1886年,生物学家魏斯曼发现有性生殖生物的细胞核会发生减数分裂,增加了个体基因的多样性。后来,这种假设逐步成为主流。加拿大维恩州立大学分子医学和基因学中心华裔副教授衡红强说,“人们普遍认为,父亲和母亲不同的基因,产生了后代混合的基因,有利于基因多样化,更有利于适应环境的变化。”

尽管如此,这个假设依然没法回答很多问题。比如,性的“成本”其实很高:如果下一代是雄性,则会出现资源浪费。假设一个母亲生出一男一女两个孩子,这两个后代中,只有一个可以继续生育,相比而言,无性繁殖生物则简单多了,每个个体都可以“克隆”下一代。如果说,自然选择的主要目的是为了保证物种能够成功地将自己的基因传下来,那无性繁殖的方式会更有利。性,似乎毫无必要,这个“成本”的矛盾,又被称为“性的悖论”。

繁殖就像“买彩票”

为了解答“性的悖论”,生物学家做出了很多解释。另一个常被讨论的看法是,性是为了让生物抵御寄生虫才存在的。美国印第安纳大学生物学家在最新的研究中认为,性可以让后代繁衍出抵抗力更强的下一代,无性生物则更容易遭到寄生虫的袭击。因此,虽然无性生物繁衍率更高,但有性生物依然遍行于地球。

寄生虫理论被称为“红色皇后”理论,支持“红色皇后”假说的科学家认为,寄生虫侵染了生物,生物必须进化,才能够跟寄生虫做斗争,这个过程如同军备竞赛一样,一环扣一环,你争我跑,性则成了生物的好帮手,像“红色皇后”一样,通过异体受精,让物种的进化始终领先于共生的寄生虫。

不过,这个假设依然是基于性是为了基因多样化的基础上。不支持这个假说的人认为,地球环境变化剧烈,仅就寄主和寄生虫的竞争关系,似乎还不足以能够解释性的进化。

对此,另一个解释是“彩票”理论,科学家乔治·威廉姆斯认为,无性和有性生物的繁衍,如同“买彩票”一样,目的都是为了“中彩”,因为无性繁殖无法增加生物多样性,就好像买了很多彩票,但彩票的号都是一样的,“中奖”的概率还是很低。有性生物则好似买的彩票并不多,但每张彩票的号都不同,因此“中奖”概率反而更大。不过,这个理论目前被接受的程度并不高,因为事实上,在很多恶劣的地球环境中,存在的都是无性生物,它们似乎比有性生物更容易适应环境。

维持物种身份还靠“性”

衡红强和他的同事提出了一个全新的看法,他们认为,性不是为了增加基因多样性,而是为了减少基因多样。“现在对于性增加多样性的看法大多基于基因个体的基础之上,很少从基因谱这个系统的角度来看。”衡红强说,“基因就像房子的砖和瓦一样,只是很小的部分,而基因谱则是房子本身。”

事实上,早在达尔文《物种起源》中,就认为性应该会减少生物的多样性。达尔文认为,如果性没有减少多元性,那物种的数量就应该和个体一样多。在衡红强最近发表在《进化》期刊上的研究论文中,其指出,生物的性,并不关心基因的多样化,而关心的是如何将整个系统,即基因谱延续下去。从这个角度上来说,生物之所以有性,是为了尽可能保证基因谱,即这个生物所有基因的集合能够完整、尽量不发生变化,其目的就是为了尽可能维持物种的“身份”。因此,有性生物比无性生物更高级的地方在于,它们可以限制一种“大进化”。

“个别的基因变化没关系,但要保证自己物种整体不变。”换句话说,性允许个别的基因出现多元,让生物能够更好地适应环境,但从宏观上,它就像“守门人”一样,防止着物种A变成物种B,维系着物种的纯洁性。

性又像一个“过滤系统”,可以把不好的基因“洗掉”,保持着物种基因整体的健康。这个假说可以解释目前一些无法用基因多样理论阐释的现象,比如,人类很多流产的胎儿,本身都出现了染色体异常,这也可看成是性的一种“洗涤”机制,能够将不好的染色体排除出去。同样,为何不同物种之间无法繁殖,这可能也是因为繁殖本身就是为了维护物种纯洁才存在。

有了这种假设,“皇后问题”也不再成为问题。这个假设解释,虽然性降低了基因多样性,减缓了进化速度,效率比无性繁殖要低一半,但依然还是有这么多的物种被自然选择成了热爱性的生物。

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