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深度长文:进化没有目的,性,只是一场偶然的演化副产品!

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性,根本就不是进化"设计"出来的。



你肯定会质疑:你又在这里扯淡,没有性,生物怎么繁殖?怎么适应环境?怎么对抗病毒?

确实,在我们眼里,公母之分、雌雄之别,简直就是天经地义的事情。人类分男女,动物分公母,植物有雄株雌株,好像整个生物圈默认就是这么运转的。

但是,如果你真的蹲下来仔细看看这个世界,了解一下那些你从来没注意过的微生物、低等动物和奇奇怪怪的植物,你会发现一个让人尴尬的事实:雌雄异体有性生殖,在地球生物里,根本就是个非主流。

说白了,"为什么要有性别"这个问题本身就问错了。

接下来我会慢慢跟你掰扯清楚到底是怎么回事。

我们平时聊天,动不动就说"长颈鹿进化出长脖子是为了够到高处的叶子""鸟进化出翅膀是为了飞翔"。

听着好像没毛病对吧?

但这种说法其实犯了一个特别经典的错误:目的论。

进化不是一个有脑子的设计师,它不会坐在那里拿个图纸想:"嗯,这个物种需要长脖子,我给它加上吧。"

真实的情况是:某只鹿偶然基因突变,脖子比别的鹿长了一点,刚好那几年低处的树叶不够吃了,它活下来了,还生了一堆小鹿。

就这么简单。

没有"为了什么",只有"碰巧活下来了"。

那回到性别这个问题。



地球上现存的那些搞有性生殖的物种,它们的共同祖先大概生活在十几亿年前。那个祖先身上出现了一些跟基因重组、细胞融合有关的性状,这些性状没有导致它灭绝,于是就一代代传下来了。

就这么回事。

它不是因为"有性生殖好"才被自然选择挑中的,它只是没被淘汰而已。

这就像你问"为什么我家钥匙串上有那么多钥匙",不是因为每把钥匙都特别有用,只是你从来没扔过它们,而它们也没弄丢。

你以为有性生殖是主流?其实公母之分才是少数派。

在整个生物界里,"一个物种分成公的母的两种"这种模式,真的没你想的那么普遍。

你想啊,我们日常能看到的、能叫上名字的动物,基本都是哺乳类、鸟类、昆虫这些"高等"动物,而这些动物恰好大多是雌雄异体的。

于是我们就产生了一种错觉:好像所有生物都是这样的。

但只要你把视野往下移一移,移到那些单细胞生物、真菌、藻类、线虫、扁形动物那里,你就会发现完全是另一番景象。

很多单细胞真核生物,它们也搞有性生殖,两个个体融合,然后再分裂,交换一下基因。

但它们没有性别,没有公母,没有雌雄。大家长得都一样,谁跟谁都能融合。

这叫"同配生殖"。

还有很多物种,干脆就是"雌雄同体"。



你去看看蚯蚓,看看蜗牛,看看大部分开花植物,它们身上同时长着两套生殖器官。自己跟自己就能繁殖,根本不需要找对象。

更离谱的是,有些真菌根本不止两种交配型。

有的蘑菇,它的"性别"不是两种,而是几千种。你跟我不亲和,跟他可能亲和,跟她可能也亲和。这在人类看来简直是不可思议的事情,但在真菌界就是日常。

还有一大堆生物,干脆就放弃了有性生殖,直接克隆自己。

蚜虫你知道吧?

夏天的时候,母蚜虫直接生小蚜虫,那些小蚜虫全是妈妈的克隆体,连爸爸都不需要。

等天气冷了,它们才突然想起来要搞一下有性生殖,产卵越冬。

还有一些生物,一辈子都没见过雄性。比如某些种类的蜥蜴、某些鱼、很多种植物,全都是孤雌生殖。

所以你看,"有性生殖"和"有性别"完全是两码事。

有性生殖的核心其实就是基因重组,两个个体把各自的基因混一混,重新打包。

这件事可以用无数种方式实现,而"分成公母两种个体"只是其中一种最不起眼的实现方式而已。

那为什么课本上总说"有性生殖增加遗传多样性,帮助生物适应环境"?



这可能是关于性别最流行的一个说法了。

逻辑听起来无懈可击:无性生殖就是克隆,后代跟妈妈一模一样,一旦环境变了,比如来了一种新病毒,整个种群可能团灭。而有性生殖通过基因重组,能产生各种各样的后代,总有几个能扛住环境变化,这样物种就能延续下去。

这个故事是不是很耳熟?

但问题是,这个故事跟现实对不上。

首先,基因组里大部分的遗传多样性,其实是中性的。

什么意思呢?

就是说,这些基因差异既不会让你活得更好,也不会让你活得更差。它们就是安安静静地待在那里,跟着遗传漂变随机波动。真正跟环境适应、跟疾病抗性有关的基因,只占整个基因组非常小的一部分。

所以"有性生殖增加了全基因组的多样性"这件事,听着好像很厉害,实际上大部分多样性是没用的垃圾,对你适应环境没有任何帮助。

其次,我们在保护濒危物种的时候发现,遗传多样性根本不是最紧要的事情。

真正决定一个物种能不能活下来的,是它的栖息地还在不在。

栖息地没了,你基因多样性再高也白搭。栖息地保住了,哪怕只剩下几十只个体,这个物种照样能恢复过来。

第三,也是最打脸的。很多入侵物种,刚到一个新地方的时候,基因多样性低得可怜,就那么几个个体,结果呢?它们爆炸式繁殖,把本地物种打得落花流水。



比如入侵到世界各地的绿蟹,研究发现它们在新领地的基因多样性低得离谱,但适应新环境的速度快得惊人。

还有那个大理石纹鳌虾,整个地球上所有的大理石纹鳌虾,几乎全是同一只雌性鳌虾克隆出来的。基因多样性约等于零。但你看它,从一个水族馆里跑出来,几十年就占领了大半个欧洲的淡水水域。

这说明什么?

说明"遗传多样性帮助适应环境"这个说法,被严重夸大了。

有性生殖当然也不是完全没用,但它的用处绝对没有大家吹的那么大。它更像是一个"锦上添花"的东西,而不是物种存续的必需品。

说到这里,就必须提一下那个著名的"红皇后假说"。

这个假说出自《爱丽丝镜中奇遇记》里红皇后说的一句话:"你必须拼命奔跑,才能留在原地。"



用在生物学上就是:宿主和寄生虫(或者说病原体)一直在进行军备竞赛。宿主进化出抗性,寄生虫进化出突破抗性的能力,双方你来我往,谁也不能停下来。而有性生殖,就是宿主用来快速重组基因、产生新抗性组合的武器。

这个假说非常漂亮,写在论文里特别好看。

但现实呢?

现实是,这个假说在野外经常被打脸。

有科学家系统地回顾了大量关于植物抗病性的遗传研究,结果发现,几乎找不到一个跟红皇后假说预期一致的例子。

还有一个特别有意思的对照实验。科学家找了一群生活在同一片栖息地的壁虎,其中一部分是有性生殖的,另一部分是孤雌生殖的。然后他们去数这些壁虎身上的寄生螨虫数量。

结果你猜怎么着?

有性生殖的壁虎,身上螨虫的感染率、螨虫数量、感染强度,全都显著高于孤雌生殖的壁虎。

这跟红皇后假说的预测完全相反啊!

按照红皇后的说法,有性生殖应该能帮宿主更好地对抗寄生虫才对。结果现实里,有性的反而被寄生虫欺负得更惨。

所以你看,一个理论听着再漂亮,跟现实对不上,那就是对不上。

有性生殖在对抗寄生虫这件事上,到底有多大作用?

说真的,证据非常薄弱。它可能在某些特殊情况下有点用,但远不足以解释为什么地球上会演化出这么多有性生殖的物种。

说到这里,你可能会问:好吧,那性别既然不是"为了"什么好处进化出来的,那它到底是怎么出现的?

这个问题没有标准答案,但有一些比较合理的猜测。

最早的多细胞生物,其实没有"体细胞"和"生殖细胞"的区分。



身体里每个细胞都差不多,既能干活,又能繁殖。

然后呢,某个个体身上随机出现了一些变化:它身上的一部分细胞,基因组维护得特别好,特别适合用来繁殖后代;而另一部分细胞,就专心干别的活。

这种个体,如果运气好没灭绝,就会把这种性状传下去。久而久之,种群里就出现了"专门负责繁殖的细胞"和"专门负责干活的细胞"的分工。

注意啊,这里有一个很重要的细节。

生物体内的演化,"做减法"比"做加法"容易多了。

你要让一个细胞新长出一种功能,可能需要基因突变好多次,一点一点拼出来。但你要让一个细胞失去某种功能呢?随便一个关键基因出个错,整个功能就报废了。

所以"其他细胞变得不擅长繁殖",比"一部分细胞变得特别擅长繁殖"还要常见。

这就为后来的生殖细胞分化打下了基础。

接下来是配子大小的分化。

最早的有性生殖,配子都是一样大的,大家谁也不比谁大,融合之后物质一人一半。

但配子这个东西,大小是会随机波动的。有的配子大一点,有的配子小一点。

大配子的好处是什么?它里面带的营养物质多,融合之后的受精卵发育起来更有保障。

小配子的好处是什么?它制造起来省材料啊!一个个体可以一次性释放出成千上万个小配子,到处飘,碰到谁算谁。

于是自然选择就开始往两个方向使劲:

小配子越变越小,越变越多,越轻便越好,这就是后来的精子。

大配子越变越大,营养越来越多,越稳妥越好,这就是后来的卵子。



你看,这个过程里没有任何"目的"。

就是大家随机变异,然后互相筛选,最后筛出来两种极端策略:一个走量,一个走质。

雌雄异体就是这么来的。

它不是谁设计的,就是配子大小分化之后,顺着这条路滑下去的结果。

那为什么是两种性别?为什么不能有三种?

这个问题就更有意思了。

你想啊,如果配子融合才能产生后代,那为什么是两种配子结合,而不是三种、四种?

一个比较流行的解释,跟线粒体有关。

我们细胞里有线粒体,这东西有自己的DNA。如果两个配子融合的时候,双方都带线粒体进来,那两套线粒体在受精卵里打架,搞不好就出问题了。

那怎么办呢?干脆规定:一种配子带线粒体,另一种配子不带。这样融合之后,线粒体只来自一方,就不会打架了。

所以就只需要两种配子。

这个解释听着挺合理对吧?

但问题是,现实比这个复杂多了。

首先,所有有配子的门级生物里,都观察到过三个甚至更多配子意外融合、然后产生可育后代的现象。也就是说,三配融合在生物学上不是不行,只是不常见而已。

其次,很多单细胞生物的有性生殖,根本就不是两两融合,而是好几个个体融在一起,也没见出什么大问题。

第三,有些动物干脆把"多精入卵"发展成了正常机制。比如某些双壳类、某些鸟,一个卵子接受好几个精子,这是它们的正常繁殖方式。

最离谱的是某些贻贝,它们的线粒体是"双重单亲遗传"的。

什么意思呢?

就是说,它们体内有两套线粒体DNA。

一套叫F型,从妈妈那里来,存在于所有后代的所有体细胞里。

另一套叫M型,从爸爸那里来,只存在于雄性后代的生殖腺里,成为精子的专属线粒体。

同一物种的F型线粒体和M型线粒体,DNA序列差异可以高达52%。这在人类看来简直是天文数字,要知道,人和黑猩猩的基因组差异也就1%多一点。

所以你看,线粒体遗传这件事,生物界玩出了各种花活。"为了避免线粒体打架所以只要两种性别"这个解释,说服力其实也就那么回事。

最近这些年,出现了一个更脑洞大开的假说:真核生物的很多特征,包括有性生殖,可能跟病毒有关。

最早提出这个想法的是一个叫PJL Bell的人,他在2006年发了一篇论文,说真核生物的染色体结构、细胞周期、性别这些东西,跟病毒感染宿主细胞之后的过程,有很多相似之处。

后来随着巨型病毒的发现,这个假说又热了起来。

什么是巨型病毒?



就是那种基因组特别大、结构特别复杂、能改造宿主细胞功能的病毒。它们大到什么程度呢?有些巨型病毒,基因组比某些细菌还要大,结构比某些单细胞生物还要复杂。

Bell找了好多证据:

比如真核生物mRNA的5'端加帽机制,跟痘病毒的机制高度同源。而古菌和细菌,根本就没有这个东西。

比如病毒在宿主细胞里搞的"病毒工厂",跟细胞核的行为很像,把自己的基因组包裹在一个区域里,然后在里面转录、复制,通过膜上的通道跟细胞质交换物质。这个结构跟核孔复合体简直是一个模子里刻出来的。

比如细胞融合这件事,不管是两个真核细胞融合(比如精子和卵子结合),还是胞吞胞吐,还是病毒包膜跟细胞膜融合,都依赖膜融合蛋白。而某些病毒(比如HIV)的膜融合蛋白,跟真核细胞自己的膜融合蛋白,在结构和机制上是同源的。

还有减数分裂里最关键的那个重组酶,叫Spo11,它的功能跟某些噬菌体编码的重组酶非常像。

如果把这些证据串起来,那就得出一个特别惊人的结论:

真核生物可能根本不是"纯种"的。它的细胞质、核糖体、细胞膜,可能继承自古菌。它的线粒体和叶绿体,是内共生的细菌。而它的细胞核,可能来自远古时代感染了某个古菌宿主的巨型病毒。

换句话说,我们都是古菌、细菌和病毒的杂交后代。

如果这个假说是对的,那"有性生殖"这件事,本质上就是病毒繁殖机制的残留。而"性别",就是在这套机制的基础上,顺着热力学和自然选择的方向,慢慢滑动出来的结果。

当然,这个假说现在还只是个假说,争议很大。

但它至少提醒我们一件事:我们对自己的起源,其实知道得很少。

说了这么多,你可能会好奇:那些搞孤雌生殖的生物,没有性别,它们过得好吗?

答案是:好得很。

举个例子。有一种叫钩盲蛇的蛇,长得像一条大蚯蚓,生活在地下。这个物种,已经孤雌生殖了四千多万年了。整个物种里,你找不到一只雄性。

四千多万年是什么概念?那时候连人类的祖先都还是树栖的小哺乳动物呢。

一个没有性别的物种,安安稳稳活了四千多万年,至今还活得好好的。

这本身就是对"有性生殖必不可少"论的最大挑战。



还有一种特别有意思的竹节虫,叫Ramulus mikado,原产日本。

这个物种本来也是孤雌生殖的。但种群里偶尔会出现一些雄性,比例大概是一千只里不到一只。

这些雄性会积极地找雌性交配,动作看起来完全正常。但科学家研究了它们的精子囊之后发现,里面根本没有成熟精子。全是畸形的、没发育好的精母细胞。

不管雌虫跟这些雄性交配不交配,后代的基因都只来自母本。

也就是说,这些雄性,就是孤雌生殖的时候低概率"蹭"出来的副产品。它们看起来像雄性,行为像雄性,但实际上啥用都没有。

生物学家给这种现象起了个挺形象的名字,叫"天阉雄性"。

你看,性这件事,在自然界真的没有我们想象的那么神圣。它可以被抛弃,可以被偶然"蹭"出来,可以变成一个没有功能的摆设。

所以,生物为什么会进化出性别?



现在你应该明白了,这个问题其实没有一个"为了什么"的答案。

性别不是进化的终极目标,也不是什么高明的发明。

它只是十几亿年前,某一个祖先身上偶然出现的一系列性状,细胞融合、基因重组、配子大小分化,这些性状没有让那个祖先灭绝,于是就传了下来。

在这个过程中,有些后代分支放弃了性,有些后代分支强化了性,有些后代分支把性改造成了各种各样奇怪的样子。

我们人类,恰好属于那个"强化了雌雄异体有性生殖"的分支。

于是我们就站在自己的视角上,觉得性别是天经地义的,觉得有性生殖一定有什么了不起的好处。

但如果你把视野拉大,拉到整个生命之树的尺度上看,性别真的没那么特别。

它只是一种中性的、偶然存续下来的繁殖方式而已。

它不是答案,它只是一个没有被淘汰的选项。

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