性历史超出人类记忆 新研究证实性是进化加速器

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　　虽然性的历史超出了人类记忆，但性仍然是生物学最大的谜团之一。在生物学家看来，无性繁殖存在许多有性繁殖无法比拟的优点，性原本不应该发生。然而，一项新的实验证实，性的确是有益的，它能够加速进化的过程。

　　从科学的角度来看，性需要耗费大量的时间、精力以及营养，然而意义却不大，甚至对于繁衍后代本身都并非是最基本的——至少对于包括细菌以及一些真菌在内的低等生物是如此，因为它们进行的是无性繁殖。除了代价高之外，性还意味着危险——将扰乱精密的基因图谱。

　　那么，为什么要有性呢？其中的原因对于每一个普通人而言似乎是十分明显的。但是，对于生物学家而言，这仍然是一大谜团。

　　科学家至今都不知道性是如何出现的。但是，他们长期以来，一直在猜测生物体之所以倾向于拥有性恰恰因为这一过程存在的危险——有性繁殖过程中可能涉及的基因的细微改变能够帮助生物体更加容易适应一种充满压力和时刻改变的环境。但这种想法并非是一个结论，而只是一种猜测。

　　一项新的利用基因修改的酵母菌进行的研究结果显示，性确实是有益的，它能够加速进化的过程。

　　面临环境挑战，有性优于无性

　　酵母菌有无性和有性两种繁殖方式。在营养条件充足的情况下，酵母菌会采取无性繁殖的方式；在营养不足的情况下，它则倾向于采取有性繁殖的方式。科学家利用基因修改技术，培养出了一种特殊的酵母菌，它只能进行无性繁殖。在正常条件下，这种酵母菌与普通的酵母菌的发育和繁殖状况无异。但是在极端的条件下，普通的酵母菌要比这种经过基因修改的酵母菌发育更快。“十分明显，性导致了更快速的进化。”这项研究的带头人新西兰奥克兰大学生物学院的马修·戈达德指出。这项研究的成果发表在近期的《自然》杂志上。

　　早在19世纪，科学家曾经提出，有性繁殖让自然选择更加有效，因为它增加了遗传变异。从那以后，进化生物学家一直试图找到一个简单扼要的解释：为何在适者生存这一点上，性能够发挥作用。“与性有关的实验是很难开展的，”戈达德指出，“无法使用高等生物，因为它们必须通过性来进行繁殖而无法提供无性的控制。”因此，戈达德和他的同事转而使用酵母菌这种单细胞生物来验证这个结论——性使得一个物种比无性的物种更快地适应新的条件。戈达德说，“这个实验通过制造变异的酵母菌首次解决了这个问题。有性繁殖和无性繁殖的酵母菌可以进行同样的处理。”

　　实验结果显示，当面临新环境挑战的时候，有性的种群要比无性的种群进化更为迅速。在艰苦的环境中，有性繁殖的酵母菌增长速度为94%，而无性繁殖的酵母菌只有80%。

　　荷兰瓦赫宁恩大学的遗传学教授胡克斯特拉在《自然》杂志上发表的相关评论中说，“这个实验提供了一个清晰而无歧义的证据：性导致了快速适应全新的环境……这种猜测虽然存在了很长一段时间。但是现在，它有了实验的支持。”

　　性原本不应该发生

　　新的研究或许能够证实性对于适者生存上所发挥的作用。但性的起源仍然是生物学中最大的谜团之一。尽管性的历史已经远远超出了人类的记忆范围，但是它并非总是一贯如此的。最初在地球上，所有的生物都是进行无性繁殖的。科学家无法确切地说出是什么导致了性的出现。在性出现之前，生物通过无性繁殖也能够很好地生存繁衍，并不需要其它同类的帮助。这样的现象在今天的植物界当中仍然常见，而且类似海绵和海葵以及扁形虫等低等动物也是无性繁殖。生物学家们常说，性原本不应该发生。

　　无性繁殖是传宗接代的一种便利和有效的手段，它的好处是明显的：无性繁殖不需要在其它个体的帮助下完成，繁殖能够从实质上得到保证；当一种有用的特性形成之后，它不会很快被进化的过程所稀释；后代会跟母体一模一样；而性从另一方面来说，通过基因配对，产生了变异的可能，这个过程能够稀释好的东西，累积坏的东西。这一点，似乎能够在那些成功的父母所养育的坏孩子当中得到验证。

　　尽管无性繁殖存在众多的优势，但在进化的过程中，有性繁殖却广为流行。也幸亏如此，人类才得以出现。因为无性繁殖提供的是一种步伐缓慢的进化方式，全然依赖于偶然的变异来达到改变的目的，它会限制种群适应恶劣的环境变化的能力。这就像是一趟进化的“慢车”，可能永远也不会达到产生人类这一站。

　　性是一种突变？

　　最初的性是如何产生的呢？为了回答这一问题，美国加州理工学院和NASA喷气推进实验室的研究人员曾创造出一种电子化的生命体——它们生活在电脑的存储器当中，拥有与细菌类似的许多特性。利用这种数字化的生物体，它们能够在短时间内经历许多代。研究人员把这种电子生命置于一种突变率很高的情形下，最终发现了一个变异的瓶颈。

　　对于最初的无性繁殖的生物，忽然面临能导致高突变的环境压力，它将在许多代的过程中发展出一种应付一些突变的能力。在这种情况下，不良的突变将导致整个种族的灭亡，因为每一种可遗传的不良突变对于相对变弱的生物体有一种日益致命的趋势，因而不该累积下来，而良性的突变应得以保存。

　　这就为性的优势发出了召唤。一对生物体能够通过性分享有益的突变，滤过掉不好的突变，那么在恶劣的环境下，他们将比无性的同类拥有更多的优势。

　　实验的缺陷

　　当然，酵母菌的研究也存在着一些缺陷。例如，酵母菌没有雄性和雌性之分。因此，所谓性的双重代价在这里并不适用。对于双重代价，胡克斯特拉解释道，“如果雄性对于抚养后代没有起到多大的作用的话，雌性在儿子身上浪费了一半的生殖能力，应该会被无性的雌性打败，她们能够专门生产女儿并且因此有两倍高的繁殖率。”实验没能解释为何有性繁殖的负担对于雄性和雌性存在如此大的差别。不仅雌性花费更多的时间和精力孕育和抚养后代，在大多数的情况下，而且她们的性细胞相比雄性的要花费更多的代价更多来形成。

　　同样，尽管该实验显示了有性繁殖比无性繁殖的适应性要更快，但是实验没有涵盖为何要更快。

　　“我们仍然离为何有性繁殖如此普遍这个问题的肯定答案很远。”胡克斯特拉指出。

　　(来源：国际先驱导报；作者：格拉)