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有性生殖可幫助生物不斷進化 對抗病原體-
2007 年,科學家發現雙髻鯊可進行無性生殖,這是首次被發現具有該能力的鯊魚。
有絲分裂(圖左)是一種無性生殖過程。減數分裂(圖右)則屬于有性生殖。有絲分裂產生的子細胞與母細胞完全相同,減數分裂產生的子細胞則不同于母細胞。
據國外媒體報道,多年來,研究人員一直在試圖弄清生物為何會進化出有性生殖的繁殖形式,而非效率更高的無性生殖。如今有科學家指出,有性生殖或能幫助生物對抗致病微生物。
該理論認為,有性生殖是生物為對抗疾病演化出的保護機制,并能幫助生物不斷進化、以適應病原體的變化。
澳大利亞阿德萊德大學的研究人員開發了一套計算機模型,為他們的理論提供了支持。這一模型幫助他們解答了復雜生物的性能力之謎。一百多年來,這一問題一直使進化遺傳學家困惑不已。
“無形生殖是一種簡單得多的繁殖方式,”阿德萊德大學生物科學學院的高級講師、此次研究的主要作者達·席爾瓦博士(Dr da Silva)指出,“這種方式無需尋找交配對象,不受時間和能量的限制,也不必像有性生殖一樣、牽涉到錯綜復雜的遺傳物質。因此很難理解生物為何會進化出有性生殖。”
據達·席爾瓦博士介紹,幾十年前,有科學家針對性的起源問題提出了一項名叫希爾·羅伯森干涉(Hill-Robertson Interference)的理論,近年來越來越受到業界關注。該理論認為,有性生殖使生物的基因相互結合,使其在進化中占據更大優勢。有性生殖產生的后代也可攜帶更多有益的 DNA 突變形式。
而在無形生殖中,對物種有利的突變基因需要彼此競爭,只有一種突變基因能夠被遺傳下去。
然而,達·席爾瓦博士認為這一“簡潔明了”的理論無法解釋為何已適應了環境、趨于穩定的物種仍會繼續采用有性生殖的繁殖形式。
“很難想象此類自然選擇行為為何還會持續下去。對于已經完成了環境適應的物種而言,大多數基因突變都是有害的。要想讓基因突變對自身有益,就需要環境在短時間內發生巨變。因此,肯定有某種強大的驅動力促使生物偏向于采用有性生殖。”
不過,達·席爾瓦博士經分析后認為,另一項名為“紅皇后假說”(Red Queen theory)的理論可以與希爾·羅伯森干涉理論相結合、解釋有性生殖存在的原因! “紅皇后假說”認為,細菌、病毒和寄生蟲等病原體為適應人體而不斷進化,而人類為了增強對病原體的抵抗力,也需要不斷進化。這樣一來,新的基因突變就有了發揮長處的機會。
這場“進化軍備競賽”正如細菌的抗生素耐藥性問題。細菌可對抗生素做出快速適應,因此我們需要不斷尋找新型抗生素。
“上述兩種理論一直在相互競爭,科學家針對兩者分別展開了研究,但我們認為可以將它們合并起來。”達·席爾瓦博士表示,“兩種理論都無法單獨解釋有性生殖存在的原因,但若將兩者結合起來,紅皇后病原體共同進化動態假說便可提供希爾·羅伯森干涉理論中提到的不斷變化的環境,使有性生殖成為一種優勢。
研究人員利用計算機模擬提出了這一合并理論。計算機模型與實際實驗中的情況相同:當線蟲與高度致病性細菌共同進化時,有性生殖次數迅速增多。