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生物为何会进化出性行为? 新答案公布

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 2020-05-01 07:40 来源:未知 E0G0

性大年夜概是生物学中最难解的谜团之一。有性生殖的弊病不容辩驳:必须要有两个生物个别,并且每个个别都只能将本身的一部分基因组遗传下去。性交过程中,两边须要密切接触,是以很轻易受到对方的身材伤害、或感染疾病。而无性滋长(即自体克隆)就没有这些弊病,可以随时随地进行,还可以将本身的全部基因传给后代。

然而,尽管有这么多优势,无性生殖在真核细胞生物中却属于“异类”、异常态。例如在植物中,只有不到1%的品种经常进行无性滋长。在动物中,只有千分之一的已知品种只进行无性生殖。几百年来,这个明显的抵触一向令生物学家们困惑不已。

1932年,遗传学家赫尔曼·马勒(Hermann Muller)认为本身找到了谜底。“遗传学终于解开了性的存在(即功能)之谜。经由过程基因重组,性可以最大年夜程度地应用基因变异的可能性。”换句话说,性的目标其实很简单:为了增长后代的基因多样性。这种多样性可以使后代更强健、移动更敏捷、对寄生虫的抵抗力更强、或者更有适应才能。

马勒并非第一位提出该不雅点的生物学家,但他的影响力最强,是以他的名字与这一不雅点紧紧地接洽在了一路。一向到今天,这一不雅点在生物学界依然十分风行。但这个不雅点本身仍有待商讨。毕竟,为了增长多样性的说法并不克不及解释单细胞生物为何、以及若何进化出性过程之一:减数决裂,即基因组分成两半、形成卵细胞和精细胞的过程。

性选择和性假说的存眷点往往都放在生物的后代上,在对性行动进化史研究发明的证据显示,仅环绕“什么对后代和全部物种而言最为有利”的理论并不周全,研究老是忽视了性交给个别带来的直接益处。

研究人员正在从新核阅性行动、以及与之相干的细胞和心理过程对生物个别的影响。而他们的研究成果显示,生物学家之所以找不到可以或许解释性行动的大年夜一统理论,原因是根本不存在如许的理论。相反,性行动可认为生物供给的益处可谓八门五花,生物会从最有益于自身的原因出发、开展性行动。

但并非所有真核生物都将滋长看作性交的目标。例如,有一种藻类就不会为了滋长进行性交,它们进行无性滋长的后果反而更好。这种团藻可以自行选择是进行自体克隆、照样与其它团藻性交,而当它们选择后者时,往往是为了进步本身的生计概率。

这些藻类按人类的标准来看,都只算有半个基因组。它们每条染色体都只有一份,是以属于单倍体。在这种状况下,它们可以进行有丝决裂,经由过程这种方法克隆本身。起首,它们的每条染色领会复制为二;接着,这些复制出来的染色领会沿着细胞中线排成一列,然后被拉入新形成的、与母细胞完全雷同的子细胞中。

但当情况温度过高、或缺乏氮元素时,该藻类就会改变滋长办法。一个单倍体团藻会与另一个团藻融合在一路。如许一来,每组染色体就变成了两条,该藻类也就变成了像我们一样的双倍体。

不过,这种藻类只有当生计情况变得艰苦时才会选择有性滋长。内德尔库和同事们发明,假如能缓解它们的心理压力,比如向水中参加抗氧化剂,它们就不会进行有性滋长。研究人员据此总结道,对这些藻类而言,性的重要目标并不是生育后代,而是为了加强本身的生计才能、使本身更好地应对这些压力。

对这种藻类来说,性最直接的好处就是使其变成抵抗力较强的多倍体,可以或许经受住更严苛的情况挑衅,而当情况好转后,双倍体藻细胞便会经由过程减数决裂回到单倍体状况。但减数决裂这一过程除了增长基因多样性之外,还为基因组供给了一次独特的改进机会。

就像所有多细胞生物一样,这些藻类也可以设法修改DNA中的渺小缺掉或缺点,但假如DNA破坏得太过严重,这套机制就难以将其精确修复。在这种情况下,假如有第二条DNA链作为复制模板,便可力挽狂澜。

进行减数决裂时,来自两个单倍体母细胞的染色领会分列在一路,时代可能会彼此交换构成部分。这一过程名叫“重组”,可以大年夜大年夜增长基因多样性,但更重要的是,它为染色体供给了一个复制粘贴其它单倍体基因的机会,可以完成凭本身之力无法进行的DNA修复。

早在几十年前,科学家就已经懂得到了减数决裂的DNA修复感化。还有一些早期研究提出,这也许能解释为何有害变异比我们预想的要少见。但研究指出,这一功能在生物进化出性功能中或许扮演了重要感化。因为上述藻类属于真核生物的最古老世系之一,这也许解释“性的最初目标并不是为了滋长”。相反,“生物进化出性,也许是为了加强对压力的适应才能。”

植物、原生生物与人类

科学家在研究一种名叫草履虫的原虫时碰到了这个问题。草履虫是一种单细胞生物,全身覆盖着渺小的纤毛,使其可以在淡水中游动。它们在感触感染到压力时也会采取有性滋长的办法。并且当草履虫选择有性滋长时,性交的对象经常是本身。

有证据显示,自体受精在草履虫中是一种相当常见的行动,这也许是草履虫基因多样性异常低的原因之一。这一事实无疑与“性的好处之一是可以加强基因多样性”的主流理论相抵触。

研究中发明,就像前面提到的藻类一样,草履虫似乎也能从性交的过程中直接收益。在压力情况中,进行自体滋长的草履虫的生计率比其它草履虫更高。比来方才达到性成熟的草履虫也会变得加倍强健。这些发明注解,压力不仅会诱发性行动的产生,并且激活性行动所需的过程也许还能赞助草履虫更好地应对压力。性不仅是个遗传过程,照样个细胞层面的过程,时代会涉及到多种其它细胞功能的基因。

尽管还需开展进一步实验才能完全地验证这一设法主意,但针对性、以及针对压力反响的细胞机制在本质上是互相接洽的。除了自体受精和性成熟为个别生计才能带来的益处之外,高温压力还会激活几种使草履虫达到生殖成熟的基因。甚至无需真正开展性行动,仅仅是为基因组融合做好预备这一过程,便可使草履虫更好地应对压力。

当然,草履虫和藻类都不是动物。对其它生物而言,性并不必定具有上述益处,就算生物最初进化出减数决裂是为了修复受损的DNA,如今性在生物中所扮演的角色也可能不合于当初了。

无处不在的性行动

不过,在真菌、植物或动物中,性仍可能有着某些并非与滋长直接相干的益处,譬如修复受损DNA。并且,就算性是动植物独一的滋长门路,这些益处或许也会影响性的产生原因、方法、时光和频率。

这些非直接益处也许远远超出了减数决裂的范畴。研究人员在分析了从蟋蟀到小鼠的多种生物后发明,性交还可以带来很多料想之外的好处。之所以说是料想之外,是因为与无性滋长比拟,有性滋长不仅效力更低,还会对介入性交的生物个别造成能量包袱。合成卵子或精子、寻找妃耦、进行交配……这些行动都须要消费能量和资本。是以生物个别往往要在滋长和其它有助于延长命命的行动之间进行弃取,如扩大年夜体型、或加强免疫体系等等。

但关于性的价值和益处,我们的很多熟悉都来自果蝇等现代生物,从实验室动物身上取得的成果也可能具有欺骗性。天然界中的情况可能与实验室相去甚远,因为情况差别很大年夜。

例如,大年夜部分与果蝇相干的文献都指出,交配是有价值的。但在研究野生情况中的果蝇时发明,实际情况刚好相反,保持“完璧之身”才会付出价值,交配过的雌性果蝇比未交配的果蝇寿命更长。固然尚未经由过程具体实验证实这一点,但这可能是因为雌性果蝇可以从受精中获得多种好处造成的。

美国克瑞顿大年夜学研究生殖心理学和行动生态学的专家艾米·沃辛顿(Amy Worthington)在野生蟋蟀身上也发明过类似的现象。她本来认为,雌性蟋蟀在交配后要把大年夜部分能量用来产卵,是以更轻易感染疾病。但事实上,它们在交配后反而会变得加倍倔强。“我们在很多物种中都发清楚明了这种现象,与未交配过的雌性生物比拟,交配过的往往生计才能更强、免疫反响也更强。不过加强的程度有高有低。”

研究人员困惑,一种名叫前列腺激素的化合物也许在个中发挥了关键感化。前列腺素对卵子的形成很重要,但也有助于调节免疫体系。我们知道前列腺素重要存在于精液中,雌性生物也许会应用受精过程中获得的前列腺素,既能进步滋长成功率,又可增长生计几率。

我们对性行动的认知已经影响了我们对动物行动的懂得,比如“正常”的性行动应当是什么样子、某一个别应不应当产生性行动等等。对动物中同性性行动的研究就是如许一个例子。你也许会留意到,环绕同性性行动开展的研究经常会做出站不住脚的假设,例如“进行性交须要付出价值,是以同性之间的性行动必定会带来某些难以拒绝的好处,如可以大年夜大年夜增长个别平生中的滋长数量,如许才能在天然选择中留存下来”等等。但在很多情况下,性交并不须要付出什么价值,带来的好处也可能是我们无法懂得的。

“密切”的同伙

从某种意义上来说,“性”可谓无处不在。几乎每种真核生物都邑进行性交,但每种物种都有着独特的性体验。对于植物、单细胞原虫、果蝇和人类而言,开展性行动的方法可谓千差万别。

前列腺素并非蟋蟀或虫豸所独有,几乎所有动物体内都存在这种物质。是以无论是“虫豸、哺乳动物照样两栖动物”,受精也许都能强化个别的免疫体系。

这已经不是个新不雅点了。早在上世纪80年代,亚利桑那大年夜学细胞生物学和解剖学传授哈里斯·伯恩斯坦(Harris Bernstein)和卡罗尔·伯恩斯坦(Carol Bernstein)就提出了这一理论。但该不雅点提出以来,始终未受到主流进化生物学的看重。

而神经科学家在研究雄性动物的过程中发明,工作的真比拟这还要复杂。2018年,研究发明雄性小鼠在交配后,大年夜脑的免疫力有所晋升,这也许意味着,交配有助于它们对抗感染。此外,性也许还能改良它们的大年夜脑机能。其他科学家发明,交配后的小鼠在特定的认知测试中会表示得更好,并且按期交配可以减缓衰老相干的脑功能退化。

针对性的益处的研究不仅在技巧上难以开展,结论也轻易获得缺点解读,造成文化或社会性影响。记者曾经问过,对藻类的研究是否意味着压力会诱使人们做爱。而科学家对此的滑稽答复是:“除非你是个单倍体藻类才会。”

当然,这些影响是双向的,文化崇奉和性不雅念会影响我们对其它物种研究成果的解读,而我们对性行动的成见(比如哪些类型“正常”、哪些类型“不正常”等等)又会从根本上影响我们在动物研究中最看重的方面。

而在单倍体细胞中,因为只有一条染色体,一般无法经由过程复制粘贴的方法修复受损的DNA。不过也有例外情况:在减数决裂时代,当新配对的一组染色体排在一路、尚未被拉入子细胞时,被破坏的DNA就获得了一个修复的契机。

与其思虑生物为何会进化出同性性行动,不如反过来想想,它们为何不克不及进化出这种行动。从这个角度出发后,他们意识到,同性性行动也许自古便已有之,只是因为不须要生物付出太多价值、所以没被天然选择镌汰罢了。毕竟,两性分化(不合性其余个别之间存在差别、且会产生不合大年夜小的配子)可能是生物进化出减数决裂和配子融合后才出现的。在此之前,生物也许已经学会了做几手预备、测验测验与同物种的任何个别交配,并从中尝到了甜头。

甚至还有如许一种可能性:假如性行动造成的身材价值足够低、带来的益处又足够大年夜,有时也许并不值得辛苦寻找一位异性交配对象。个别假如不拘交配对象的性别,便能更早、更频繁地开展交配,如许也许便能活得更长、能遗传下去的基因也更多。而诸如斯类的假说很可能得不到深刻商量,因为我们对自身性行动的看法决定了对其它物种性行动的看法。

但跟着科学家开展更多关于性对不合生物影响的研究,也正在逐渐摒弃成见,赓续发明性的诸多积极影响。个中任何一种影响都可能奥妙地决定了某个物种开展性行动的方法。只要能为生物带来哪怕一丁点的好处,比如增长后代数量、晋升后代质量等等,便会受到天然选择的青睐。

可以说,性的进化至少在必定程度上受到了这些益处的引导。性也许既能增长后代的遗传多样性,又可以给个别本身带来直接益处,这两者并不抵触。假如性行动既能以直接方法、又能以间接方法(如延长个别寿命)促进滋长,从进化角度实现“双赢”,性在天然界的广泛存在也就说得通了。

生物为何会进化出性行动? 新谜底颁布

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