新研究證實“性”是進化加速器

雖然性的歷史超出了人類記憶， 但性仍然是生物學最大的謎團之一。 在生物學家看來， 無性繁殖存在許多有性繁殖無法比擬的優點， 性原本不應該發生。 然而， 一項新的實驗證實， 性的確是有益的， 它能夠加速進化的過程。

國際先驅導報文章　從科學的角度來看， 性需要耗費大量的時間、精力以及營養， 然而意義卻不大， 甚至對於繁衍後代本身都並非是最基本的——至少對於包括細菌以及一些真菌在內的低等生物是如此， 因為它們進行的是無性繁殖。 除了代價高之外， 性還意味著危險——將擾亂精密的基因圖譜。

那麼， 為什麼要有性呢­其中的原因對於每一個普通人而言似乎是十分明顯的。 但是， 對於生物學家而言， 這仍然是一大謎團。

科學家至今都不知道性是如何出現的。 但是， 他們長期以來， 一直在猜測生物體之所以傾向於擁有性恰恰因為這一過程存在的危險——有性繁殖過程中可能涉及的基因的細微改變能夠幫助生物體更加容易適應一種充滿壓力和時刻改變的環境。 但這種想法並非是一個結論， 而只是一種猜測。

一項新的利用基因修改的酵母菌進行的研究結果顯示， 性確實是有益的， 它能夠加速進化的過程。

面臨環境挑戰， 有性優於無性

酵母菌有無性和有性兩種繁殖方式。 在營養條件充足的情況下，

酵母菌會採取無性繁殖的方式;在營養不足的情況下， 它則傾向於採取有性繁殖的方式。 科學家利用基因修改技術， 培養出了一種特殊的酵母菌， 它只能進行無性繁殖。 在正常條件下， 這種酵母菌與普通的酵母菌的發育和繁殖狀況無異。 但是在極端的條件下， 普通的酵母菌要比這種經過基因修改的酵母菌發育更快。 “十分明顯， 性導致了更快速的進化。 ”這項研究的帶頭人紐西蘭奧克蘭大學生物學院的馬修· 戈達德指出。 這項研究的成果發表在近期的《自然》雜誌上。 早在19世紀， 科學家曾經提出， 有性繁殖讓自然選擇更加有效， 因為它增加了遺傳變異。 從那以後， 進化生物學家一直試圖找到一個簡單扼要的解釋：為何在適者生存這一點上， 性能夠發揮作用。 “與性有關的實驗是很難開展的， ”戈達德指出， “無法使用高等生物， 因為它們必須通過性來進行繁殖而無法提供無性的控制。 ”因此， 戈達德和他的同事轉而使用酵母菌這種單細胞生物來驗證這個結論——性使得一個物種比無性的物種更快地適應新的條件。 戈達德說， “這個實驗通過製造變異的酵母菌首次解決了這個問題。 有性繁殖和無性繁殖的酵母菌可以進行同樣的處理。 ”實驗結果顯示， 當面臨新環境挑戰的時候， 有性的種群要比無性的種群進化更為迅速。 在艱苦的環境中， 有性繁殖的酵母菌增長速度為94%， 而無性繁殖的酵母菌只有 80%。

荷蘭瓦赫甯恩大學的遺傳學教授胡克斯特拉在《自然》雜誌上發表的相關評論中說，

“這個實驗提供了一個清晰而無歧義的證據：性導致了快速適應全新的環境……這種猜測雖然存在了很長一段時間。 但是現在， 它有了實驗的支持。 ”

性原本不應該發生

新的研究或許能夠證實性對於適者生存上所發揮的作用。 但性的起源仍然是生物學中最大的謎團之一。 儘管性的歷史已經遠遠超出了人類的記憶範圍， 但是它並非總是一貫如此的。 最初在地球上， 所有的生物都是進行無性繁殖的。 科學家無法確切地說出是什麼導致了性的出現。 在性出現之前， 生物通過無性繁殖也能夠很好地生存繁衍， 並不需要其它同類的説明。 這樣的現象在今天的植物界當中仍然常見，

而且類似海綿和海葵以及扁形蟲等低等動物也是無性繁殖。 生物學家們常說， 性原本不應該發生。 無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：無性繁殖不需要在其它個體的説明下完成， 繁殖能夠從實質上得到保證;當一種有用的特性形成之後， 它不會很快被進化的過程所稀釋;後代會跟母體一模一樣;而性從另一方面來說， 通過基因配對， 產生了變異的可能， 這個過程能夠稀釋好的東西， 累積壞的東西。 這一點， 似乎能夠在那些成功的父母所養育的壞孩子當中得到驗證。

儘管無性繁殖存在眾多的優勢， 但在進化的過程中， 有性繁殖卻廣為流行。 也幸虧如此， 人類才得以出現。

因為無性繁殖提供的是一種步伐緩慢的進化方式， 全然依賴於偶然的變異來達到改變的目的， 它會限制種群適應惡劣的環境變化的能力。 這就像是一趟進化的“慢車”， 可能永遠也不會達到產生人類這一站。

性是一種突變­

最初的性是如何產生的呢­為了回答這一問題， 美國加州理工學院和NASA噴氣推進實驗室的研究人員曾創造出一種電子化的生命體——它們生活在電腦的記憶體當中， 擁有與細菌類似的許多特性。 利用這種數位化的生物體， 它們能夠在短時間內經歷許多代。 研究人員把這種電子生命置於一種突變率很高的情形下， 最終發現了一個變異的瓶頸。 對於最初的無性繁殖的生物， 忽然面臨能導致高突變的環境壓力， 它將在許多代的過程中發展出一種應付一些突變的能力。在這種情況下，不良的突變將導致整個種族的滅亡，因為每一種可遺傳的不良突變對於相對變弱的生物體有一種日益致命的趨勢，因而不該累積下來，而良性的突變應得以保存。

這就為性的優勢發出了召喚。一對生物體能夠通過性分享有益的突變，濾過掉不好的突變，那麼在惡劣的環境下，他們將比無性的同類擁有更多的優勢。

實驗的缺陷

當然，酵母菌的研究也存在著一些缺陷。例如，酵母菌沒有雄性和雌性之分。因此，所謂性的雙重代價在這裡並不適用。對於雙重代價，胡克斯特拉解釋道，“如果雄性對於撫養後代沒有起到多大的作用的話，雌性在兒子身上浪費了一半的生殖能力，應該會被無性的雌性打敗，她們能夠專門生產女兒並且因此有兩倍高的繁殖率。”實驗沒能解釋為何有性繁殖的負擔對於雄性和雌性存在如此大的差別。不僅雌性花費更多的時間和精力孕育和撫養後代，在大多數的情況下，而且她們的性細胞相比雄性的要花費更多的代價更多來形成。同樣，儘管該實驗顯示了有性繁殖比無性繁殖的適應性要更快，但是實驗沒有涵蓋為何要更快。

“我們仍然離為何有性繁殖如此普遍這個問題的肯定答案很遠。”胡克斯特拉指出。

它將在許多代的過程中發展出一種應付一些突變的能力。在這種情況下，不良的突變將導致整個種族的滅亡，因為每一種可遺傳的不良突變對於相對變弱的生物體有一種日益致命的趨勢，因而不該累積下來，而良性的突變應得以保存。

這就為性的優勢發出了召喚。一對生物體能夠通過性分享有益的突變，濾過掉不好的突變，那麼在惡劣的環境下，他們將比無性的同類擁有更多的優勢。

實驗的缺陷

當然，酵母菌的研究也存在著一些缺陷。例如，酵母菌沒有雄性和雌性之分。因此，所謂性的雙重代價在這裡並不適用。對於雙重代價，胡克斯特拉解釋道，“如果雄性對於撫養後代沒有起到多大的作用的話，雌性在兒子身上浪費了一半的生殖能力，應該會被無性的雌性打敗，她們能夠專門生產女兒並且因此有兩倍高的繁殖率。”實驗沒能解釋為何有性繁殖的負擔對於雄性和雌性存在如此大的差別。不僅雌性花費更多的時間和精力孕育和撫養後代，在大多數的情況下，而且她們的性細胞相比雄性的要花費更多的代價更多來形成。同樣，儘管該實驗顯示了有性繁殖比無性繁殖的適應性要更快，但是實驗沒有涵蓋為何要更快。

“我們仍然離為何有性繁殖如此普遍這個問題的肯定答案很遠。”胡克斯特拉指出。