美国的演化生物学家乔治·C.威廉斯曾说过:“性是一笔不划算的交易,是我们的祖先掉入的陷阱,然而我们现在还在陷阱里爬不出来。”为了在演化中存活,绝大部分动物似乎都选择了“低效”的有性生殖。然而近期的一项研究发现,一种甲螨或许已经保持无性生殖长达几百万年了。
如果问“性是为了什么?”,你或许会说“为了繁衍后代”。然而性真的是繁殖必须的吗?仔细想想,为了繁衍而进行的一系列交配流程似乎都过于低效了:首先要在大千世界中找到一个交配对象,让对方认可自己,然后还要在交配行为中耗费大量能量。更过分的是,即便费了这么大劲,也只有一定概率能把自己的部分基因遗传给下一代。
然而恰恰与直觉相反,几乎没有哪种真核生物完全放弃了有性生殖。但是,有一种生物却不“循规蹈矩”。最近,发表于《美国科学院院刊》的一篇文章指出,一种叫新小奥甲螨的节肢动物也许能且只能进行无性生殖,并已经持续了至少几百万年。
性,或者说有性生殖的起源和演化,一直是生物学的热门话题,甚至达尔文也感到格外迷惑。从那时起,生物学家就提出了各种各样的理论,试图说明“费劲”的性行为为什么会风靡生物圈。从本质上来说,性就是交配双方重新组合基因的过程——以二倍体为例,通常情况下父母经减数分裂各自分离出一份单倍体基因,两份单倍体组合到一起产生后代。这样的后代组合了父母双方的部分遗传信息,但又和父母都不一样。
遗传学先驱奥古斯特·魏斯曼曾提出一种假说,认为有性生殖有利于增加生物多样性。这一假说比较直观,可以说占据了相关讨论的主导地位,基于此还曾延伸出更多进一步的假说。另一种著名的理论被称为“穆勒的棘轮”,是20世纪60年代由遗传学家赫尔曼·穆勒提出的,核心思想是有性生殖可以保护基因组免受有害突变积累带来的伤害。
尽管对性的意义作出了大量猜测,研究者却很难直接证明这些理论。因此许多演化生物学家寄希望于一些拥有独特性行为的种群,希望可以窥得有性生殖的奥秘。
想要判断某个物种是否只进行无性生殖,或许还可以通过仔细观察来判断一二,但若想知道它在演化历史上是否也只进行无性生殖,或者何时开始无性生殖,就麻烦得多了。20世纪80年代,著名生物学家马修·梅塞尔森提出,长期进行无性生殖的物种会有独特的基因组特征,这被称为“梅塞尔森效应”。
梅塞尔森效应听起来简单又颇有道理,但令人惊讶的是,这个理论预测却只得到了一些模棱两可的实验验证。
起初提出这个效应的时候,梅塞尔森正关注着一种很可能只进行无性生殖的生物——蛭态轮虫。随后几年间,梅塞尔森的学生马克·韦尔奇及其他生物学家也发现,蛭态轮虫的基因组的确有种内差异。然而近年更为精细的测序工作又发现,这种差异来源于旁系同源基因——蛭态轮虫的基因组中充满了大量的外来基因,正是这些外来基因的差异导致了疑似的梅塞尔森效应。
那么到底是这些动物真的没有经历足够长期的无性生殖,还是说梅塞尔森效应的理论出了问题呢?生物学家们仍然在纠结中寻找,其中就包括德国哥廷根大学的的亚历山大·布兰特和他的合作伙伴们。这次,他们将目光投向了“热衷于”无性生殖的一类小动物——甲螨。
他们这次选择了新小奥甲螨。研究者对比了新小奥甲螨和它们“热衷于”性的“亲属”Oppiella subpectinata。对遗传物质的测序和分析显示,两者的种内基因组差异模式截然不同,新小奥甲螨同一种群内个体间的差异甚至超过了不同种群之间的差异。在基本排除其他影响因素之后,研究者激动地宣布,他们找到了证明梅塞尔森效应的显著证据,还有力说明新小奥甲螨很可能已经持续进行了上百万年的无性生殖。