为什么不存在“第三种性别”?数学解答性别进化谜题

作者: Pradeep Mutalik

来源: 科研圈

发布日期: 2017-08-11

本文通过数学推导和统计学思想解答了为什么世界上大多数高等脊椎动物只拥有两种性别的问题,探讨了三种性别的变色龙如何避免性别单一化,以及无性繁殖的蜥蜴为何存在致命缺陷。

为什么世界上大多数的高等脊椎动物只拥有两种性别?关于这个问题,《量子杂志》在今年7月的“每月谜题”上向大家征集答案。拥有三种性别的变色龙如何才能避免性别单一化的悲剧?地球上所有人的手指头数目的乘积是多少?有性繁殖和无性繁殖的蜥蜴谁会更快灭亡?这些问题都可以用数学推导和统计学思想来解答——对于世界上大多数动物来说,不仅第三种性别难以存在,无性繁殖也存在致命缺陷。

假设不久前,人们发现了首例拥有三种性别的物种,一种来自美国西南部的变色龙。成年的变色龙的身体分别呈现出红色、白色和蓝色 3 种颜色,每一种颜色都对应一种性别。不过这种变色龙在身体颜色发生改变时,它们的性别也会随之改变。当两条不同颜色(性别)的变色龙相遇时,它们通常会双双变成第三种颜色(性别)。变色龙们保持着新的体色,直到遇到另一位和自己颜色不同的小伙伴。

这样的变色机制导致所有的变色龙都成了同一个颜色(性别),那就大事不妙了——性别相同的个体是无法交配繁衍的。

没错,这里的确有一个非常巧妙的规律:当每种颜色(性别)的个体数目除以 3,得到的余数各不相同时,性别单一化便不会发生。我们可以把这理解为奇偶性(parity)的概念的拓展。

奇偶性将整数分为奇数和偶数两大类,而存在三种性别的情况下,我们需要将变色龙个体的数量值分为三类:除以 3 余 1(P1),除以 3 余 2(P2)和能被 3 整除(P3)。正确的答案是这样的:只有当变色龙族群里不同性别的个体数量值分别属于 P1,P2 和 P3 时,性别单一化才能得到避免。

假设让世界上所有人(超过 70 亿)全部站成一排,然后将所有人手指头的数量相乘。第一个人左手五个,右手五个,你会得到 25 。然后乘以第二个人的左手手指数,再将结果乘以右手手指数,以此类推。以下哪个选项最接近最后的乘积?这根本不是测试你算术能力的题目,它是个脑筋急转弯!不是每个人都有十根手指头,有的人可能缺了几根,有的人则可能缺了很多根——正确的答案是最终的乘积是 0。

假设现在有两种蜥蜴,一种有性繁殖,一种无性繁殖。它们的数量已经到达了稳定水平,并且趋于它们拥有的资源所能承担的临界值。因此它们每一代的增长率都仅仅略大于 1 。但无性蜥蜴仍然拥有较高的平均数量增长率,并且更不稳定。从平均水平来看,无性蜥蜴的数量增长比有性蜥蜴快得多。但是,当你把增长率中的变化因素也考虑在其中时,会发生什么呢?哪一种蜥蜴会更快灭绝?大概需要多久?

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