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简单聊聊生物的“性”

简单聊聊生物的“性”

作者: 玉米配排骨 | 来源:发表于2018-05-27 10:09 被阅读46次

     今天从生物角度简单聊一聊性。

      生物之所以能够称之为生物,是有两个基本的能力要求的。一是生存,二是繁殖。生存方式有千千万,但是繁殖的方式却只有两大类。有性与无性。

      目前人类采用的是有性生殖的方式,但性在有些时候表现的并不是那么完美。

一、破坏成功的性状组合。

        有这样一个段子:一位才华横溢但相貌平平的艺术家表演结束后,台下一位漂亮的女士为其才华倾倒,当众提出一个建议:“我认为我们应该生一个孩子,这样就能让我的容颜和你的头脑融为一体”。这当然是一个非常不错的建议。但事实与经验告诉我们,除了这种美好的意愿发生之外,还有可能发生一些不符合愿想的情况:他们的孩子可能会继承了父亲的相貌,与母亲的头脑。

       这其实是一个非常令人惋惜的事情,人类历史长河中确实出现过许多震古烁今的优秀个体,但是他们都没有在后代中完美的重现。这种不能把“百年难得一见的绝世容颜”,“千年难得一遇的天才头脑”完美遗传下来的繁殖方式,对群体来讲也是一种损失。

       而现实世界要更加残酷一些,比如有一种基因组合能够避免镰刀贫血与疟疾的发生,但这样的基因表型必须是要一个显性与隐形共存的组合形式才能表现出来。如此一来若不能像克隆一样完整的复制这种基因组合,任由性随机组合繁衍后代的话,即使是健康人的后代中也会注定有二分之一的个体受到贫血与疟疾的威胁。

二、个体为性付出的生物学代价。

         还是继续上面那个段子,艺术家如果同意了漂亮女演员的建议,愿意为一个完美的孩子做出一些尝试,但是隐形的风险还是伴随在这个过程当中。性病,比如梅毒,比如艾滋。这些无论古代还是现代都是威胁个体生存的恶魔,也都是伴随着性的狂欢一起诞生的。可以将这种代价称为为性福的代价。像螳螂们在春宵一刻之后,雄螳螂就要被雌螳螂当做营养早餐吃掉,这个如果螳螂们有思维情感,真想采访一下雌螳螂此时此刻的心情。

        还有一些鸟类,比如孔雀。为了吸引异性进化出的华丽羽毛,在争取到异性青睐同时也大概率吸引着死神的光顾:鲜艳的羽毛更容易被发现与捕食。

      上面可概括为寻找另一半的代价。

      与之相对的是性对种群数量的双倍浪费。在食物物与空间都有限制的环境下,一个全部都能单独生育繁殖的群体明显要比一个每次都会产生一半无法生育个体(雄性)的群体发展的更快。

        并且在分子水平,有性生殖同样存在巨大弊端。一切源自自私的基因。本来有性生殖是要从父方与母方各拿一半基因来重新组合成完整基因组的。但是有一些基因并不遵守规则,在50%的配额中利用自身特性大量复制,漂移,挤掉有价值基因,跳跃在双亲的染色体上,让后代越来越多的复制这些无用的自私基因。比如小麦的基因组中足足98%的基因都是这些自私的跳跃基因死亡后的尸骸。相比之下,绝大部分无性繁殖的生物,基因组就要精练的多

      总之,性作为一种繁殖方式似乎有着太多的不利:会使自私的基因猖獗蔓延,扩展至整个基因组;迫使生物背上寻找配偶的沉重负担;传播可怕的生殖疾病;而且还有条不紊的摧毁那些最能适应环境的最成功的基因组合。

         可是即便如此性还是承包了几乎所有的复杂生命的繁衍形式,如此多生物用脚作出的普遍的选择间接表明性具备着无可替代的优势。

       如果说性是根本的愚蠢、是存在的荒谬的话,没有性却似乎是更加的糟糕,因为没有性的复杂生命大多数情况下都灭绝了。如此说来性所具备的优势之大,大到足以抵消这冲动产生的所有苦果。

         最早考虑性的好处的是达尔文,但因为时代的限制他也仅仅提出了性所产生的杂种优势:两个没有亲缘关系的父母,生出的后代会更健康。尽管如此,达尔文却还是娶了自己的表姐为妻。。。

        达尔文的理论虽然非常不完备,但表明了一个深层次的意义,就是:自然选择的对象是个体,而不是群体。

        达尔文之后,随着孟德尔遗传定律的发现及染色体、基因结构的发现。现在人们已经能认识性的细胞层面的过程了。

       最让人熟知的是性细胞的融合:精子与卵子的融合。两个性细胞各携带一套染色体,让融合后的受精卵拥有两套来源不同的染色体。两套染色体基本上不可能完全一样,而携带“更好”基因的那条染色体将掩盖携带“隐疾”的那条染色体上的基因。这也就是达尔文所说的杂种优势的由来。远亲更能避免同时携带“隐疾”的两个染色体走在一起。

        而性细胞的生成才是性过程中最为关键的一步,也是最难解释的一步:性是如何拆分各自的基因组的。目前借助显微技术的发展已经能够清晰性细胞的产生为减数分裂。其第一步为复制双方全套的染色体,让所有细胞都拥有四套染色体。这四套染色体再混合起来相互配对,行话叫“染色体重组”,整合出四套全新版本的染色体,每一套都是七拼八凑起来的。这个重组过程才是一切问题的关键。重组好的染色体再依照流程分配下去,分化为只携带一套重新组合后染色体的性细胞,留待后面的性细胞融合。

        如此一来性究竟干了什么就非常明显了。它只是把染色体上所有的基因,来了个彻底的大洗牌。不论开始是成功的基因组合,还是那些并不那么成功的组合,性保证了新生命在为自己的诞生而摸牌时,摸到好牌与坏牌的概率是一样的。

        认识到这点之后就不得不提另一个传代过程中出现的现象了:突变。虽然生物为了保持一致性,基因的遗传异常稳定与精确,在细胞分裂中就是保证染色体复制时候能够完整准确复制。但变化还是会不可避免的发生。有时候是好的变化,更多时候是坏的变化。

        由此引出性的第一个好处:加快有益突变基因的流动与交换效率,避免种群消亡。若没有性的基因交换作用,有益基因的扩散将非常缓慢。以无性群体为例,随着有害突变的积累,种群会不可避免的走向衰败。就算无性的种群数量足够庞大,期间产生了新的有益突变,但是因为无性种群基因的交换只能依附于染色体单线传承,有益突变被保存遗传下来的概率极低。除非这个有益突变特别强势,并且环境选择压特别巨大,不携带有益突变的个体全部灭亡,有益突变的版本横扫整个种群,但这样的有益基因扩散就势必会引起其他基因类型大幅度消亡,整体基因多样性变的单一。若环境再次改变,整个种族将面临更大的灭顶之灾。

        而在有性生殖中,这种情况就能得到有效的缓解了。性过程中的重组,能够保证好坏基因的平等遗传概率,这样就能够有强强联合的基因,更好的应对当前的环境压力;又能够有强弱组合的个体存活,以保留更多的基因多样性,留待应对下次环境改变时候的生存考验。而对于那些弱弱结合的组合,环境压力会进行适时的淘汰,从而避免了种群的整体性衰败。

        如此一来,有性与无性面对环境选择压力时就是两套完全不同的应对措施了。无性更像是圣经中的旧约的处理方式。突变就像是原罪,当原罪遍布整体时,只好来一场灭世大洪水,进行一次彻底的清洗。而有性的处理方式则更像新约,将人类的罪孽集中到一个人身上,然后将他订到灭亡的十字架上,人类便得到了暂时的救赎。

       性不仅仅要有利于群体,更重要的是必须能给个体带来实实在在的好处。性即便有着双倍的浪费,有着这样那样的代价,但是性生殖产生的后代竞争能力要强于无性生殖很多。首先是应对环境的变化。一个优势基因组合物种就算能够一直精确无误的复制繁衍下去,也总会面临环境改变的一天。这时以前的优势已经不再是优势反而成为了一种限制。有性生殖所带来的多样性与多可能性,为不断变化的环境留下了足够的可能应对空间。

       另一种切实的好处是源自不同物种之间永恒的进化军备竞赛。就像红皇后所说的“你得拼命的跑,才能留在原地”。而跟的最紧的追逐者就是寄生虫。寄生虫的适应性和破坏力极大,如果没有有性带来的组合产生的多样性,生命在开始便不可避免的被这些虫子侵蚀。

      综合来说,性能够把最好的基因组合集中到一个个体内,能够清洗掉有害突变,能够高效整合任何有价值的创新。哪怕性只能产生一半的后代,但最后算下来后代们的适应度要高出一倍还多。如果没有性,我们星球上的生命就只会发育不良,朽败退化。而有了性,生命就充满了欢喜,世界也因此精彩了起来。

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