今天為大家介紹一本獲得過英國(guó)皇家學(xué)會(huì)科學(xué)圖書大獎(jiǎng)的科普著作——《生命的躍升》。

這本書聚焦于演化史上的十個(gè)重大命題，用嚴(yán)謹(jǐn)?shù)恼撟C和精彩的細(xì)節(jié)清晰地重現(xiàn)了地球生命的演化歷程。

今天我們挑出其中的一個(gè)命題，為大家做一個(gè)簡(jiǎn)單介紹，這個(gè)命題就是：性。

我們?yōu)槭裁催x擇有性生殖？

圖文版

性：基因隨機(jī)生成器

有這樣一則名人軼事，說的是一位漂亮的女演員在一場(chǎng)宴會(huì)上向蕭伯納求婚。

她說：“我們應(yīng)當(dāng)生個(gè)孩子，這樣他就會(huì)同時(shí)繼承我的容貌和你的頭腦！”

結(jié)果蕭伯納十分耿直地回答道：“可要是這孩子繼承的是我的容貌和你的頭腦，那怎么辦？”

嗯……這個(gè)故事的真實(shí)性不可考，不過確實(shí)講出了一個(gè)科學(xué)道理，那就是：有性生殖是隨機(jī)生成基因組合的。

這種隨機(jī)性在我們普通人看來倒是沒啥，但在遺傳學(xué)家眼里可以說就是危機(jī)重重了，因?yàn)?strong>基因的隨機(jī)組合可能會(huì)直接導(dǎo)致痛苦、疾病甚至死亡。

舉個(gè)例子，鐮刀型細(xì)胞貧血癥（注1）是一種嚴(yán)重的遺傳病，病因是患者從雙親處繼承了一個(gè)基因的兩份“壞”的版本（SS）。但是，如果從雙親處繼承的是這個(gè)基因的兩份“好”的版本（AA），這個(gè)人又有很大的風(fēng)險(xiǎn)感染瘧疾。

所以，一好一壞的雜合子型（AS）才是最好的搭配。

但即使父母都擁有這個(gè)最佳配置，他們生出來的小孩卻只有一半的概率能繼承這個(gè)基因型：

像上圖那樣，1/4的可能他會(huì)患上鐮刀型細(xì)胞貧血癥，還有1/4的可能他會(huì)特別容易感染瘧疾。

你想想，如果一個(gè)雜合子型個(gè)體能通過無性生殖的方式，把自己100%的基因傳給所有的后代，她的小孩兒就不會(huì)這么倒霉了。

所以，性所帶來的多樣性也許會(huì)讓生命直接遭殃：它可能摧毀那些最成功的基因組合，并迫使生物背上尋找配偶的沉重負(fù)擔(dān)，甚至還會(huì)傳播各種可怕的生殖疾病。

但是，即使有這么多壞處，性卻還是成為了地球上占據(jù)絕對(duì)主流的生物生殖方式。

到底它有什么巨大的優(yōu)勢(shì)，足以抵消上述種種缺點(diǎn)呢？

性的巨大優(yōu)勢(shì)？

從達(dá)爾文開始，生物學(xué)界對(duì)性的探究就從未停止。很多優(yōu)秀的生物學(xué)家們都曾經(jīng)和這個(gè)問題做斗爭(zhēng)，他們提出了種種假說，想解釋清楚性的優(yōu)勢(shì)：

如上圖所示，英國(guó)統(tǒng)計(jì)遺傳學(xué)家費(fèi)希爾則在1930年指出，性能讓不同的基因突變有機(jī)會(huì)進(jìn)入同一個(gè)個(gè)體，從而加速演化。

而美國(guó)遺傳學(xué)家穆勒在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)基因突變都是有害的，所以他發(fā)展了費(fèi)希爾的觀點(diǎn)，指出無性生殖種群容易積累有害突變，而性有機(jī)會(huì)把種群內(nèi)分散的未突變基因集合到一起，重新創(chuàng)造出完美無瑕的個(gè)體，從而挽回種群衰敗的命運(yùn)。

當(dāng)然，有性生殖也有可能把各種有害突變集合到一起，所以蘇聯(lián)演化遺傳學(xué)家康德拉肖夫據(jù)此提出，性能夠集合多種有害突變，然后利用自然選擇一次性消滅它們。

此外，還有學(xué)者根據(jù)紅皇后假說（注2）提出，性存在的目的是抵御寄生蟲的入侵。

但以上這些假說在解釋性的優(yōu)勢(shì)方面都各有片面之處。從20世紀(jì)90年代中期開始，研究者們就試圖把包括上述假說在內(nèi)的各種理論綜合起來，建立更加具有包容性的理論模型。這個(gè)新的理論模型叫作【選擇干擾假說】。

選擇干擾假說

剛剛我們已經(jīng)說過，基因會(huì)發(fā)生突變，并且絕大多數(shù)的突變都是有害的，只有少數(shù)突變稱得上是有益的。

同一條染色體上的基因們組成了命運(yùn)共同體，所以，有害突變的產(chǎn)生和積累肯定會(huì)讓染色體的整體水平變差。

那么有益突變的產(chǎn)生能不能挽回一下局勢(shì)呢？并不能。選擇干擾假說認(rèn)為，當(dāng)有益突變產(chǎn)生的時(shí)候，偏好這個(gè)有益突變的自然選擇可能會(huì)被不偏好這條染色體上其它基因的自然選擇抵消掉，導(dǎo)致這個(gè)有益突變無法在種群中傳播。

什么意思呢，想象一下，假如有一塊無性繁殖的水稻田，水稻們都通過自體克隆來產(chǎn)生后代。

某一天，一株水稻的某條染色體上突變出了強(qiáng)力抗旱基因，這個(gè)突變可是天大的好事，但不巧的是，同一條染色體上，還有這株水稻從它的親代繼承過來的易染病基因。

等到了大旱天兒，這個(gè)強(qiáng)力抗旱基因本應(yīng)該脫穎而出、橫掃稻田，但是……這株水稻一不小心病死了。（而它的克隆后代們可能也逃脫不了同樣的命運(yùn)。）

總之，這個(gè)強(qiáng)力抗旱基因被同一條染色體上的易染病基因拖了后腿，根本沒法通過自然選擇在這塊稻田里傳播開來。

也就是說，同一條染色體上不同基因的相互干擾，會(huì)遮蔽掉有益突變的好處，從而阻礙自然選擇的進(jìn)行。（注3）

這個(gè)時(shí)候，水稻搞有性生殖的好處就體現(xiàn)出來了。

在減數(shù)分裂的第一步，每個(gè)細(xì)胞通過復(fù)制會(huì)擁有四套染色體，這四套染色體之間混合起來，交叉互換（注4），然后七拼八湊生成了四套全新的染色體，每一套都是從未出現(xiàn)過的基因組合↓↓↓

這種重組，就是性的真正核心。

通過重組，那些“好”基因或者有益突變，就有機(jī)會(huì)甩掉同一條染色體上的那些拖后腿的同伴，成功在種群中傳播開來。

雖然，有性生殖的隨機(jī)性決定了一千次嘗試?yán)锟赡苤挥幸淮纬晒Γ倸w比克隆要強(qiáng)得多得多。

所以，作者在這本書里動(dòng)情地歌頌道：

“如果沒有性，我們星球上的生命就只會(huì)發(fā)育不良、朽敗退化，而有了性，生命就充滿了歡喜?！?/p>

不過，也許平常人在談戀愛的時(shí)候，并不會(huì)想這么多吧……

好，那我們總結(jié)一下，生物搞有性生殖，優(yōu)勢(shì)在于能夠讓被自然選擇偏好的“好”基因（或者有益突變）順利在種群中廣泛傳播，實(shí)現(xiàn)一種演化上的“進(jìn)步”。

不過人類文明發(fā)展到今天，性已經(jīng)成為了一種特殊的文化。它不再必然跟生殖掛鉤，也有了自己獨(dú)特的注解。

誰又能說這不是一種“進(jìn)步”呢？

不過，脫離文化的影響，純粹從大自然的角度去看待問題，我們往往能發(fā)掘一些冷門而有趣的視角。這大概就是生物學(xué)的魅力所在吧！

總之，如果你對(duì)生命充滿好奇，請(qǐng)一定要打開這本《生命的躍升》，還有更多有趣的問題在等著你去探尋呢~

記得看注釋哦！

注1.鐮刀形細(xì)胞貧血癥（Sickle Cell Anemia）是一種常染色體隱形基因遺傳病，患病者的血液紅細(xì)胞在某些特定的情況下（通常是缺氧狀況）會(huì)變成堅(jiān)硬的鐮刀型，阻塞毛細(xì)血管，引起局部組織器官缺血缺氧，產(chǎn)生脾腫大、胸腹疼痛等臨床表現(xiàn)。

注2.紅皇后假說是一個(gè)關(guān)于生物協(xié)同進(jìn)化的假說，取名靈感來源于《愛麗絲漫游仙境》中紅皇后的著名臺(tái)詞：“你必須拼命奔跑，才能夠留在原地。”物種之間的競(jìng)爭(zhēng)會(huì)導(dǎo)致相互追趕的協(xié)同進(jìn)化，而在討論到性時(shí)，這種永恒的競(jìng)爭(zhēng)發(fā)生在寄生蟲和宿主之間。寄生蟲演化速度很快，能在很短的時(shí)間內(nèi)適應(yīng)宿主的身體條件并生長(zhǎng)繁殖。如果宿主的種群全部擁有相同的遺傳特征，一個(gè)成功的寄生蟲就能輕易肆虐整個(gè)種群，甚至徹底摧毀該種群。而有性生殖使得種群成員之間有所差異，從而更容易抵御寄生蟲的入侵。

注3.在關(guān)于克隆水稻的例子中，即使這個(gè)被易染病基因拖了后腿的強(qiáng)力抗旱基因由于十年大旱而艱難地橫掃整塊稻田，它也會(huì)在取代本基因的其它版本的同時(shí)，消滅掉同一條染色體上其它基因在種群中的所有變體（因?yàn)樵搹?qiáng)力抗旱基因所在的x號(hào)染色體會(huì)在強(qiáng)自然選擇的作用下，取代種群中所有其它版本的x號(hào)染色體），致使這塊稻田的遺傳多樣性遭受到毀滅性的打擊。事實(shí)上，任何足夠強(qiáng)的選擇作用（寄生蟲、氣候變化、饑荒或者遷徙）都可能會(huì)導(dǎo)致無性生殖種群中出現(xiàn)某個(gè)基因的“選擇橫掃”，因此選擇干擾假說和紅皇后以及其它和性相關(guān)的理論都接得上。

注4.【交叉互換】：減數(shù)第一次分裂前期同源染色體聯(lián)會(huì)時(shí)，同源染色體上的非姐妹染色單體之間會(huì)相互交換一部分染色體片段。