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雖然性的歷史超出了人類記憶，但性仍然是生物學(xué)最大的謎團(tuán)之一。在生物學(xué)家看來(lái)，無(wú)性繁殖存在許多有性繁殖無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，性原本不應(yīng)該發(fā)生。然而，一項(xiàng)新的實(shí)驗(yàn)證實(shí)，性的確是有益的，它能夠加速進(jìn)化的過(guò)程。
從科學(xué)的角度來(lái)看，性需要耗費(fèi)大量的時(shí)間、精力以及營(yíng)養(yǎng)，然而意義卻不大，甚至對(duì)于繁衍后代本身都并非是最基本的——至少對(duì)于包括細(xì)菌以及一些真菌在內(nèi)的低等生物是如此，因?yàn)樗鼈冞M(jìn)行的是無(wú)性繁殖。除了代價(jià)高之外，性還意味著危險(xiǎn)——將擾亂精密的基因圖譜。
那么，為什么要有性呢？其中的原因?qū)τ诿恳粋�(gè)普通人而言似乎是十分明顯的。但是，對(duì)于生物學(xué)家而言，這仍然是一大謎團(tuán)。
科學(xué)家至今都不知道性是如何出現(xiàn)的。但是，他們長(zhǎng)期以來(lái)，一直在猜測(cè)生物體之所以傾向于擁有性恰恰因?yàn)檫@一過(guò)程存在的危險(xiǎn)——有性繁殖過(guò)程中可能涉及的基因的細(xì)微改變能夠幫助生物體更加容易適應(yīng)一種充滿壓力和時(shí)刻改變的環(huán)境。但這種想法并非是一個(gè)結(jié)論，而只是一種猜測(cè)。
一項(xiàng)新的利用基因修改的酵母菌進(jìn)行的研究結(jié)果顯示，性確實(shí)是有益的，它能夠加速進(jìn)化的過(guò)程。
面臨環(huán)境挑戰(zhàn)，有性優(yōu)于無(wú)性
酵母菌有無(wú)性和有性兩種繁殖方式。在營(yíng)養(yǎng)條件充足的情況下，酵母菌會(huì)采取無(wú)性繁殖的方式；在營(yíng)養(yǎng)不足的情況下，它則傾向于采取有性繁殖的方式�？茖W(xué)家利用基因修改技術(shù)，培養(yǎng)出了一種特殊的酵母菌，它只能進(jìn)行無(wú)性繁殖。在正常條件下，這種酵母菌與普通的酵母菌的發(fā)育和繁殖狀況無(wú)異。但是在極端的條件下，普通的酵母菌要比這種經(jīng)過(guò)基因修改的酵母菌發(fā)育更快�！笆置黠@，性導(dǎo)致了更快速的進(jìn)化�！边@項(xiàng)研究的帶頭人新西蘭奧克蘭大學(xué)生物學(xué)院的馬修·戈達(dá)德指出。這項(xiàng)研究的成果發(fā)表在近期的《自然》雜志上。
早在19世紀(jì)，科學(xué)家曾經(jīng)提出，有性繁殖讓自然選擇更加有效，因?yàn)樗黾恿诉z傳變異。從那以后，進(jìn)化生物學(xué)家一直試圖找到一個(gè)簡(jiǎn)單扼要的解釋：為何在適者生存這一點(diǎn)上，性能夠發(fā)揮作用�！芭c性有關(guān)的實(shí)驗(yàn)是很難開展的，”戈達(dá)德指出，“無(wú)法使用高等生物，因?yàn)樗鼈儽仨毻ㄟ^(guò)性來(lái)進(jìn)行繁殖而無(wú)法提供無(wú)性的控制。”因此，戈達(dá)德和他的同事轉(zhuǎn)而使用酵母菌這種單細(xì)胞生物來(lái)驗(yàn)證這個(gè)結(jié)論——性使得一個(gè)物種比無(wú)性的物種更快地適應(yīng)新的條件。戈達(dá)德說(shuō)，“這個(gè)實(shí)驗(yàn)通過(guò)制造變異的酵母菌首次解決了這個(gè)問(wèn)題。有性繁殖和無(wú)性繁殖的酵母菌可以進(jìn)行同樣的處理。”
實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，當(dāng)面臨新環(huán)境挑戰(zhàn)的時(shí)候，有性的種群要比無(wú)性的種群進(jìn)化更為迅速。在艱苦的環(huán)境中，有性繁殖的酵母菌增長(zhǎng)速度為94%，而無(wú)性繁殖的酵母菌只有80%。
荷蘭瓦赫寧恩大學(xué)的遺傳學(xué)教授胡克斯特拉在《自然》雜志上發(fā)表的相關(guān)評(píng)論中說(shuō)，“這個(gè)實(shí)驗(yàn)提供了一個(gè)清晰而無(wú)歧義的證據(jù)：性導(dǎo)致了快速適應(yīng)全新的環(huán)境……這種猜測(cè)雖然存在了很長(zhǎng)一段時(shí)間。但是現(xiàn)在，它有了實(shí)驗(yàn)的支持�！�
性原本不應(yīng)該發(fā)生
新的研究或許能夠證實(shí)性對(duì)于適者生存上所發(fā)揮的作用。但性的起源仍然是生物學(xué)中最大的謎團(tuán)之一。盡管性的歷史已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了人類的記憶范圍，但是它并非總是一貫如此的。最初在地球上，所有的生物都是進(jìn)行無(wú)性繁殖的�？茖W(xué)家無(wú)法確切地說(shuō)出是什么導(dǎo)致了性的出現(xiàn)。在性出現(xiàn)之前，生物通過(guò)無(wú)性繁殖也能夠很好地生存繁衍，并不需要其它同類的幫助。這樣的現(xiàn)象在今天的植物界當(dāng)中仍然常見，而且類似海綿和�？约氨庑蜗x等低等動(dòng)物也是無(wú)性繁殖。生物學(xué)家們常說(shuō)，性原本不應(yīng)該發(fā)生。
無(wú)性繁殖是傳宗接代的一種便利和有效的手段，它的好處是明顯的：無(wú)性繁殖不需要在其它個(gè)體的幫助下完成，繁殖能夠從實(shí)質(zhì)上得到保證；當(dāng)一種有用的特性形成之后，它不會(huì)很快被進(jìn)化的過(guò)程所稀釋；后代會(huì)跟母體一模一樣；而性從另一方面來(lái)說(shuō)，通過(guò)基因配對(duì)，產(chǎn)生了變異的可能，這個(gè)過(guò)程能夠稀釋好的東西，累積壞的東西。這一點(diǎn)，似乎能夠在那些成功的父母所養(yǎng)育的壞孩子當(dāng)中得到驗(yàn)證。
盡管無(wú)性繁殖存在眾多的優(yōu)勢(shì)，但在進(jìn)化的過(guò)程中，有性繁殖卻廣為流行。也幸虧如此，人類才得以出現(xiàn)。因?yàn)闊o(wú)性繁殖提供的是一種步伐緩慢的進(jìn)化方式，全然依賴于偶然的變異來(lái)達(dá)到改變的目的，它會(huì)限制種群適應(yīng)惡劣的環(huán)境變化的能力。這就像是一趟進(jìn)化的“慢車”，可能永遠(yuǎn)也不會(huì)達(dá)到產(chǎn)生人類這一站。
性是一種突變？
最初的性是如何產(chǎn)生的呢？為了回答這一問(wèn)題，美國(guó)加州理工學(xué)院和NASA噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的研究人員曾創(chuàng)造出一種電子化的生命體——它們生活在電腦的存儲(chǔ)器當(dāng)中，擁有與細(xì)菌類似的許多特性。利用這種數(shù)字化的生物體，它們能夠在短時(shí)間內(nèi)經(jīng)歷許多代。研究人員把這種電子生命置于一種突變率很高的情形下，最終發(fā)現(xiàn)了一個(gè)變異的瓶頸。
對(duì)于最初的無(wú)性繁殖的生物，忽然面臨能導(dǎo)致高突變的環(huán)境壓力，它將在許多代的過(guò)程中發(fā)展出一種應(yīng)付一些突變的能力。在這種情況下，不良的突變將導(dǎo)致整個(gè)種族的滅亡，因?yàn)槊恳环N可遺傳的不良突變對(duì)于相對(duì)變?nèi)醯纳矬w有一種日益致命的趨勢(shì)，因而不該累積下來(lái)，而良性的突變應(yīng)得以保存。
這就為性的優(yōu)勢(shì)發(fā)出了召喚。一對(duì)生物體能夠通過(guò)性分享有益的突變，濾過(guò)掉不好的突變，那么在惡劣的環(huán)境下，他們將比無(wú)性的同類擁有更多的優(yōu)勢(shì)。
實(shí)驗(yàn)的缺陷
當(dāng)然，酵母菌的研究也存在著一些缺陷。例如，酵母菌沒(méi)有雄性和雌性之分。因此，所謂性的雙重代價(jià)在這里并不適用。對(duì)于雙重代價(jià)，胡克斯特拉解釋道，“如果雄性對(duì)于撫養(yǎng)后代沒(méi)有起到多大的作用的話，雌性在兒子身上浪費(fèi)了一半的生殖能力，應(yīng)該會(huì)被無(wú)性的雌性打敗，她們能夠?qū)ｉT生產(chǎn)女兒并且因此有兩倍高的繁殖率。”實(shí)驗(yàn)沒(méi)能解釋為何有性繁殖的負(fù)擔(dān)對(duì)于雄性和雌性存在如此大的差別。不僅雌性花費(fèi)更多的時(shí)間和精力孕育和撫養(yǎng)后代，在大多數(shù)的情況下，而且她們的性細(xì)胞相比雄性的要花費(fèi)更多的代價(jià)更多來(lái)形成。
同樣，盡管該實(shí)驗(yàn)顯示了有性繁殖比無(wú)性繁殖的適應(yīng)性要更快，但是實(shí)驗(yàn)沒(méi)有涵蓋為何要更快。
“我們?nèi)匀浑x為何有性繁殖如此普遍這個(gè)問(wèn)題的肯定答案很遠(yuǎn)�！焙怂固乩赋觥�
(來(lái)源：國(guó)際先驅(qū)導(dǎo)報(bào)；作者：格拉)
