W性是用来干什么的?在我的进化生物学课程开始时,我经常问学生,大多数回答是为了繁殖。这很合理,但却是错误的。事实上,许多生物都是无性繁殖的:无性繁殖不仅存在于许多古生菌和细菌中,也存在于许多植物和原生生物中,甚至有一半的动物门也存在无性繁殖。
贝克酵母通过出芽繁殖,水螅和绦虫等寄生虫也是如此。其他生物,包括真菌和一些藻类,不通过性来产生孢子。有些动物在自身的碎片产生新的个体时进行繁殖——也就是通过碎片——就像真核虫、大量环节虫和海洋寡毛类动物一样。然后是parthenogenesis,字面上来自希腊语的partheno(处女)加上genesis(创造)。这样的处女分娩在水蚤和轮虫中是很正常的。至少在两种鲨鱼(双髻鲨和黑头鲨)身上发现了这种物质,新墨西哥州的鞭尾蜥蜴也经常使用这种物质,偶尔也会被蟒蛇使用,尽管还没有关于鸟类或哺乳动物使用这种物质的报道。(或者人类,除了一个假定的例子。)
进化上的困境不是为什么这么多生物体没有性繁殖,而是为什么它们要使用性繁殖。这是因为无性繁殖的回报是非常明显的,而以男性和女性为基础的替代方式则背负着沉重的负担。鉴于进化成功的底线是将一个人的基因投射到未来,有性繁殖必然是一场艰苦的斗争,因为有性繁殖个体的后代将只携带他或她一半的基因组,要么存在于卵子中,要么存在于精子中。从生物学角度更准确地说,这样的父母身上的任何基因都有50%的机会最终遗传给孩子,而无性繁殖的后代在基因上与父母完全相同,所以每一个祖先的基因都会被复制100%。以DNA的字面传播来衡量,有性繁殖因此必然要征收50%的关税。考虑到小于1%的适应度差异能够驱动巨大的进化变化,这是一个巨大的劣势。
此外,性还会带来其他代价。它需要一个伴侣,而找到一个伴侣可能会很麻烦。例如,一旦繁殖数量下降到一定水平以下,它们可能仅仅因为难以找到配偶而濒临灭绝,印度尼西亚犀牛和蓝鲸的情况就是如此。即使这个问题得到了解决,由于男性之间的竞争,男性也常常要付出巨大的代价,这反过来又经常产生高水平的暴力,导致男性的寿命通常比女性短。撇开直接竞争不提,协调性行为的必要性,通常还需要说服被选中的异性成员,结果是引人注目的求爱行为,虽然赏心悦目,但需要花费时间和精力,同时让参与者更容易被潜在的捕食者发现。
性是一个糟糕的交易,是我们的远祖掉进的一个生物陷阱,我们也被困住了。
在追求吸引异性的过程中,雄性动物往往进化出复杂的第二性征,比如羽毛、垂肉和鲜艳的颜色,这通常需要大量的代谢代价。一旦开始交配,雌性尤其容易受到雄性的身体伤害,因为雄性通常体型更大,更热情,而且通常不愿接受拒绝。即使双方都同意,交配本身也不是没有风险的。因为自然选择通常有利于个人的繁殖成功,而不是一方的伴侣,有性繁殖使每个参与者都容易受到另一方的欺骗和错误陈述的影响,每一方都可能被选择来欺骗性地夸大他或她作为伴侣的合适性。
此外,还有性传播疾病的风险,这个问题完全可以避免——正如你的性教育老师可能重复的那样令人作呕一个人不做爱!
更多的麻烦。有性繁殖的后代有50%的机会与父母共享基因,所以它只对父母的适应性——将基因传递给未来的能力——感兴趣。但后代对自己是百分百感兴趣的,需要父母的关注,这进一步限制了父母的进化成功。罗伯特·l·特里夫斯首先指出,这种不可避免的生物学利益冲突让有性繁殖者感到苦恼,而在无性繁殖的物种中根本没有发现父母-子女之间的冲突,这仅仅是因为不存在基因利益冲突。
然而,由于有性生殖涉及到双亲基因的随机混合,所产生的后代必然会反映出这种随机性,而不是自然选择所产生的理想的最优适应度。因此,在理论上,父母双方都可能在解剖学、生理学和行为上享有近乎完美的效率,但在随机结合他们的遗传基础结构后,他们的后代将不如在无性完美的情况下独立地复制高度适应的自我,而适应得更差。这种痛苦的西西弗斯式的结果是,个体在达到适应成功的顶峰后,注定要看到他们的繁殖努力走下坡路,这是有性繁殖所独有的。
W上面的帽子要做什么?我的一个学生在听了我的讲座后评论道:“天啊,知道性在理论上也是一件麻烦事,真是一种解脱!”而且,大多数人都不知道的是,这个问题至今仍未得到解决。
一些生物学家,如著名的理论家乔治·c·威廉姆斯(完全披露:他是我的一个导师),闷闷不乐地决定,从进化论的角度来看,因为所有这些缺点,性只是一个糟糕的协议,一个生物陷阱,我们遥远的祖先下降,和我们是卡住了。他认为,唯一可能的例外是像榆树或牡蛎这样的生物,它们能产生大量的后代,从而可能逃脱这种进化上的性别陷阱。
然而,至少有一个有力的整体证据证明了它的适应性价值,即通过在每一代中产生遗传多样性,性别使个体能够使他们的长期赌注多样化。想象一下,你要买几张彩票:把所有彩票都买到一个号码,这将是一个糟糕的策略。通过投资于后代基因型的多样性,性繁殖者增加了当环境变化时(它总是变化的),至少他们的一些赌注可能是赢家的机会。
为什么没有三种性别,或者333?这给了个体更多的选择来相互交换基因。
类似地,性可以使它的实践者战胜来自内部环境的威胁,即寄生虫和病原体。这些个体比自由生活的个体多得多,因为后者几乎总是被前者所殖民,后者由于体型小,繁殖速度比它们相对笨拙的宿主更快。因此,寄生虫和病原体具有一种内在的进化优势,能够从基因上栖息在它们的受害者身上。如果寄主进行无性繁殖,仅仅是一代又一代地复制自己,那么它们就成了易受攻击的靶子。但是通过有性繁殖,它们的后代就成了移动的目标,在某种程度上平衡了寄生的竞争环境。
所以,也许性毕竟是一种进化资产。这让人想起一项传说中的研究,该研究表明,大黄蜂的翅膀很小,而体重却很大,因此它们无法飞行。进一步的研究,考虑到这些翅膀的伸缩能力,增加了它们的升力,后来显示大黄蜂会飞——这不仅对这些动物来说是一种解脱,还表明它们没有阅读原始的研究报告是一件好事。
然而,以性换取基因多样性并不能解决其他问题。就像性本身一样,大多数人认为两性的存在是理所当然的。但目前还没有明显的理论解释。为什么没有三种性别,或者333?越多越好,或者至少,个体之间交换基因的选择越多。事实上,为什么进化没有让特定物种的每个个体都能与其他个体交换基因呢?然而,我们发现有性生殖发生时,不仅只有两种性别,而且每一种都有其所产生的性细胞(配子)的专门化:要么是非常多的非常小的配子——我们把它们标记为精子和它们的制造者,雄性——要么是非常少的非常大的配子,我们称之为卵子,和它们的制造者,雌性。为什么不是每个人都创造出中等数量的中等大小的配子(speggs?),并简单地平等地分享努力和投入,而不需要区分?我们只是不知道,尽管专注于一个极端或另一个极端似乎比分开距离有一些回报。
那么,人类性到底有什么好处呢?显然,它与我们息息相关,就像大黄蜂与空气息息相关一样。比其他任何物种都多智人详细阐述并建立在性的严格的生物学基础上,不仅把它作为我们自然的生殖手段,而且还服务于爱、联系、快乐,刺激想象力,以及大量偶尔的惊愕和罪恶的指控。
在最古老的人类传说中,巴比伦人吉尔伽美什史诗》的一个名叫恩克杜的野蛮人被创造出来对抗文明的、在城市中长大但专横的武士国王吉尔伽美什。Enkidu确实是一个野生的人,他与大型的牧群动物一起觅食,与人类分开生活,直到他被Shamhat,一个备受尊敬的寺庙妓女所引诱。经过6天7夜不停息的交媾后,恩kidu被驯服并使其适合进入乌鲁克的城门并加入男人和女人的行列。
这在进化上可能并不完全合理。在进化过程中很少有事情会发生,这是一个历史与当前现实相互作用的拼凑过程:很少能实现完全的最优化。但很明显,性是人类的一个决定性特征。
David P. Barash是华盛顿大学心理学名誉教授。他最近的书有《透过明亮的玻璃:用科学看清我们物种的真面目》。
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