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既然存在无性生殖,为什么生物要“有性”?

2024-12-27 207

想像一下,当人类不需要透过伴侣就能用“无性生殖”的方式产生后代,那世界会变怎么样?在自然界中动物繁衍后代皆以有性生殖为主,但在动物界之外,有非常多物种不必经过有性生殖就能够产生后代,换言之,他们能以无性生殖的方式产生子代。

这种无性生殖的例子在自然界中非常多,又能依照无性生殖的方式再加以细分,其中一种称为孤雌生殖(parthenogenesis),partheno- 字根带有“处女”的意思,再加上字尾 -genesis 则带有生产的意思,于是便可从字面上来看了解,在进行孤雌生殖的物种中,雌性动物不需要雄性动物就能够独立产生子代。雌性动物产下未受精的卵即能发育为成熟个体。这种生殖策略在自然界中并不少见,最为大家熟知例子就是蚂蚁和蜜蜂。

在孤雌生殖中,有些物种的雌性动物能够转换自身繁衍状态,也就是她们既可以和雄性动物交配产生子代,在特定状况中还能够转换繁衍策略进行孤雌生殖,这种例子被称为“兼性的孤雌生殖”(Facultative parthenogenesis)。

有些生物学家认为这种繁衍策略撷取了有性及无性生殖双方的优点,但如果兼性孤雌生殖真的拥有这么多优势,那为什么在演化之中却从来没有成为主流呢?关于这个问题,有许多原因,但总归一句,这全部都是因为“性”。

 

有性生殖的两难

兼性孤雌生殖在进行有性生殖的时候,其实是带有风险的,之所以这么说,是因为雌性生物必须要耗费至少一半的精力成本来生产雄性子代,但这些雄性子代却无法独立产生后代,在这样的计算之下,雄性个体对于种族延续没有绝对必要性,生产雄性子代的确就成了一种浪费、不经济的行为。

相对于雄性来说,雌性个体在兼性孤雌生殖可以独立产生子代,若是产生子代全部都为雌性,种族依旧能够延续,在这样的状况下,无性生殖的繁衍速度能够达到有性生殖速率的两倍。

除此之外,在有性生殖的情况下,雌性动物还得要耗费精力和时间来吸引配偶进行交配,这样的行为对就繁衍速率来说绝对是不划算的。就算雌性动物不需要耗费心力去寻找配偶,光是交配行为本身就会使雌性动物的寿命简短,因为她们怀孕生产甚至抚育幼儿的行为,都会使她们被捕食的概率大大提升,更不要提交配所导致的性病散布问题。

在这样的考量之下,有性生殖似乎是个吃力不讨好的繁衍方式,那为什么能够进行无性生殖繁衍后代的物种中,雌性个体还是能够选择用有性生殖方式繁衍后代呢?虽然人类的性行为早已不只是为了单纯繁衍后代而进行,但在动物界中,性行为几乎只是功能性的,为了繁衍后代而发生。那为什么还有这么多物种(包含人类)使用有性生殖来延续族群呢?

 

有性生殖的优势

有性生殖尽管有那么多的缺点,做为大多动物使用的繁衍策略,它在自然界中却依旧占有重要的地位,因为在很多状况下,它的优点是无可取代的。有性生殖最大的优势在于它能够提供物种内最高的基因多样性。

多样性之所以在自然界中如此重要,原因在于能够让物种快速适应变化的环境,当环境产生变化,物种中适合环境的个体有更高的概率存活并且繁衍后代,他们的后代同样具有适合该环境的基因,使得该物种能够在变化的环境中存活并延续。

透过有性生殖所产生的子代不会和亲代的基因型一模一样,彼此之间也存在差异,透过交配行为能够确保雌性动物不会将所有赌注下在同一种基因型上,当生存环境改变,至少会有几个子代能够适应并活下去。

除此之外,无性繁殖在复制的时候容易随着代数增加,越后面的子代累积了前面祖先所带的有害突变,但有性生殖就不会有这样的问题了,在基因重组的过程中,有害的突变能够慢慢的被洗去,同时淡化不良的影响。

总体来说,无性生殖能够快速地增加子代数量,而有性生殖却能提升子代品质。那么如果能够选择的话,雌性动物究竟怎么做选择的呢?

 

有性与无性的选择

在澳洲,有一种常见的家庭昆虫宠物被称为多刺竹节虫(Spiny leaf stick insects),他们是一种十分特别的昆虫,能够像无尾熊一样终生依靠桉树叶生活。但他们最特别之处是在于他们的繁衍方式,雌竹节虫可以透过和雄性交配产生子代,但也可以不透过交配行为直接生产未受精的卵,而这些未受精卵在之后会发育成为无性系的雌性子代。

当然,孤雌生殖至今仍被认为是雌性个体在无法找到雄性的状态下不得已而采取的策略,也就是说,我们普遍认为在雌性竹节虫能够找到雄性个体并交配的状态下,他们就会选择进行有性生殖。

但在近期发表于动物行为科学期刊的论文中指出,多刺竹节虫的孤雌生殖策略可能并不是出于不得已,而是真的为了避免在有性生殖上不必要的精力耗费。科学家发现这些雌性竹节虫甚至会在遇到雄性竹节虫的时候卷起自己的腹部,并用力踢腿抗拒交配行为。

 

有性生殖是演化的必然吗?

这项发现使研究团队重新思考一种令人惊奇的可能性。会不会其实有性生殖成为目前自然界中普遍采用的生殖策略并不是因为它真的比较好,而是因为交配行为的存在令人(或各种动物们)难以抗拒呢?

雌性动物能够调控自身状态选择是否进行有性生殖,或者直接复制自己基因进行无性生殖。但雄性动物就没办法了,他们无法选择,也不能直接复制自己基因进行无性生殖。孤雌生殖策略提供了雌性动物的另一种选项,但却对雄性动物不太公平。

因此,在这样选择不平等的状况下,一旦族群中有雄性个体存在,有进行交配的可能,就算雌性动物并没有交配的意愿,雄性动物也会尝试进行交配,谁叫他们没得选择,只能依赖交配行为来使自己的基因向下繁衍呢?

有性生殖在自然界中占有如此稳固的地位,原因之一可能就是因为一但有性生殖的选项存在,雄性生物想要交配延续自身基因的天性就会使用这种生殖策略。

 

这世界真的不需要雄性生物?

如果有性生殖真的是演化导致的必然现象,那么科学家们在多刺竹节虫观察到的现象显示,至少这个物种能够某程度的跳脱出必然,因为他们身上还存在着孤雌生殖的机制,并没有随着演化而消失。

的确,在能够进行孤雌生殖的物种中,只要雌性生物完全的避免交配行为,就有可能导致族群中雄性灭绝的状况,而这样的趋势确实存在于某些竹节虫族群中。

那么人类呢?人类女性有没有可能演化到能够复制自身基因进行无性生殖,跳脱出演化中有性生殖的必然呢?这么一来男性的存在的重要性就会出现许多不确定。

虽然这样的现象有非常多可讨论的空间,但别担心得太早,因为人类出现孤雌生殖的可能性非常低。哺乳类动物是唯一没有发现孤雌生殖现象的动物,之后大概也不太有可能出现;也就是说,不管在生物学的角度上到底值不值得,爱(至少“性”)将会永远存在人类社会中。

  • If you could clone yourself, would you still have sex?

(首图来源:Flickr/tamaralvarez CC BY 2.0)

2019-03-15 20:31:00

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