拖鞋形状的原生动物草履虫在压力状态下会进行有性繁殖,但却似乎没有留下多少遗传多样性。正是草履虫以及其他有同样特征的生物体,促使生物学家重新思考有性生殖为什么会被进化出,以及如何进化。 Peter Matulavich/SPL/Science Source
性也许是生物学中最难解的谜团。有性繁殖的缺点毋庸置疑:有性繁殖需要有两方参与,双方各遗传体内部分染色体组。因为两者之间需要有相当亲密的接触,所以其中一方很容易因伴侣而受到身体上的伤害或者感染。但无性繁殖,或自我克隆,则没有这些缺点。无性繁殖可以在任何时间任何地点下进行,而且可以将完整的遗传信息传递给后代。
1932年,遗传学家赫尔曼·穆勒(Hermann Muller)相信自己找到了答案。他对辐射诱发突变的研究最终获得了诺贝尔奖。他在《美国博物学家》(The American Naturalist)中写道:“遗传学终于解决了为什么会存在性行为和性交(比如它们的作用)这一古老的难题。性交通过基因重组,是一种充分利用基因突变可能性的手段。”
(www.journals.uchicago.edu/doi/10.1086/280418)
甚至性交是为了生殖的观点也不适用于所有真核生物。加拿大新布伦瑞克大学(University of New Brunswick)的生物学家奥罗拉·内德尔库(Aurora Nedelcu)对藻类进行了研究,发现藻类性行为不是为了繁衍更多的后代。她说:“它们无性繁殖的能力更强。”她研究的团藻是一种雌雄同体生物,这意味着它们可以选择无性生殖或有性生殖。如果选择有性生殖,则是为了提高它们生存的几率。
如果用人类的标准来衡量,团藻大部分生命里只有一半的染色体组:即同源染色体数目只有一组,因此被称为单倍体。在这种状态下,它们可以进行有丝分裂,即所有细胞都进行自我克隆的过程。首先每个染色体进行复制,然后每条染色体排列到赤道板上,并分裂成两个与亲代细胞相同的子细胞。
加拿大新布伦瑞克大学(University of New Brunswick)的生物学家奥罗拉·内德尔库(Aurora Nedelcu)所研究的多细胞生物团藻只在有需要的情况下进行有性繁殖。藻类通常以无性繁殖的形式生存(如左图),包含十多个生殖细胞(绿色的球体)。在压力状态下会进行有性繁殖(如右图),它的生殖细胞会融合成有抵抗力的孢子(红色的球体)。 Aurora Nedelcu
有性生殖是帮助生物体度过艰难时期的观念以前并非完全没有过。亚利桑那大学(University of Arizona)细胞生物学和解剖学教授哈里斯·伯恩斯坦(Harris Bernstein)和卡罗尔·伯恩斯坦(Carol Bernstein)早在上世纪80年代初就提出了这一观点。但据明斯特大学(University of Münster)的进化生物学家弗朗西斯科·卡塔尼亚(Francesco Catania)所言,主流进化生物学在一定程度上忽视了这一点。他说:“我不明白为什么(他们的假设)没有得到更多的认可和重视。”
加州大学圣地亚哥分校(University of California, San Diego)的细胞和发育生物学名誉教师特里·马科(Teri Markow)说,但我们对于动物性行为的代价和好处的理解多来自于果蝇这样的生物模型,而且实验室得出的结论有时并不能反映真实情况。她说:“你在自然环境中看到的情景和在实验室中看到的可能截然不同,因为环境相差太大了。”
神经科学家通过观察雄性动物发现了更多的奥秘。2018年,俄亥俄州立大学(Ohio State University)威斯纳医学中心(Wexner Medical Center)的精神病学和神经科学教授利亚·派特(Leah Pyter)和她的同事们发现,雄鼠在性交后大脑的免疫系统会得到增强。这可能意味着性可以使它们免受感染,还可能改变他们大脑运作的方式。其他科学家们发现,老鼠在进行交配之后,在某些认知测试中表现更好。而且,有规律的性交可以减缓因为年龄问题导致的大脑功能衰退。