2013年11月27日 星期三

新書: Dr.Tatiana給全球生物的性忠告

原書導讀:
在演化生物學家眼中,「有性生殖」是難以參透的謎。
無性生殖的過程是一個變兩個、兩個變四個(無性生殖只需經過細胞分裂,對單細胞生物而言它們的個體數量是以這種等比級數的方式快速提升),以此類推,多多益善,而實行有性生殖的生物卻必須兩個生一個,這是頗為浪費的生殖方式:生殖細胞(=配子)必須經「減數分裂」才成熟,配子受精後親代各只提供一套基因組(=單套染色體上的所有基因組合,原則上可創造生物體的完整藍圖)進入子代;另一方面,實行有性生殖的族群,有一半成員根本不生殖。
生命史上最早的生物(=細菌)是實行無性生殖的,在那樣的族群中,怎麼會演化出有性生殖?(1940s發現細菌也能行有性生殖,但是過程中並沒有新個體產生,只是發生基因的移轉。因此現在廣義的有性生殖是指生物發生基因重組的過程。由此也點出有性生殖對生物最重大的意義:創造遺傳變異。)因為只要簡單的計算就可以發現,無性生殖個體所佔有的數量優勢,難以突破(繁殖速度快、子代多其特色)。而且,有性生殖族群容易遭到突變的無性生殖個體顛覆,因為牠們在很短時間之內,就能以數量優勢將實行有性生殖的個體排擠掉,最後整個族群都成為無性個體。
然而有性生殖似乎是生物界的主流生殖模式。此外,無性生殖物種絕大多數都是最近演化出來的,可見無性生殖物種容易滅絕意即不利於演化。這是怎麼一回事?
原來基因突變可提供生物演化的素材,但突變有兩大特徵:稀少 、大多數有害(前者是因為DNA複製時DNA聚合酶有校正遺傳訊息的功能,可以修正遭到篡改的DNA序列;後者則是因為現存基因都是億萬年來篩選的結果,理論上都是有利生物生存的,故基因突變的結果通常有害。)因此,最可能出現的是,不同個體分別擁有不同的有利突變(環境總是在變化,因此如果基因突變的結果剛好能讓生物適應改變後的環境,這樣的突變便是有利的突變)。有性生殖是使有利突變在個體中聚積、在族群中散布最迅速的方式。兩個個體分別帶有不同的有利突變,生下的孩子,每個都結合了親代雙方的有利突變,生存與繁殖的機會因而大增。
這類理論的問題在於,無性生殖個體在很短時間內就能繁殖大量後裔,佔據整個生態系,實行有性生殖即使有好處,似乎也緩不濟急。
到了一九八○年代,英國演化生物學名家漢彌爾頓(W. D. Hamilton , 1936-2000)另闢蹊徑,發明「紅后原則」解釋有性生殖的起源與功能。
漢彌爾頓的靈感來自先前已知道的事實:長期而言,無性生殖物種容易滅絕,所以我們找不到古老的無性生殖物種。而有性生殖似乎的確能使物種與時俱進、迅速演化。
為什麼要迅速演化?驅力是什麼?漢彌爾頓的答案是:因為生物必然要相互依賴(剝削),而無所不在的微生物病媒,是驅使生物演化的力量。努力,是為了不遭淘汰,故步自封,註定滅絕。
除了使有利突變在個體中匯聚、在族群中迅速散布,有性生殖還有一個重要特徵,就是基因重組,(還記得838860870兆這兩個數字的意義嗎?它們是人類有性生殖時所創造出來的不同染色體組合數,也就是基因重組)也是對抗寄生病媒的利器。有性生殖使子代必然與親代不同,每個個體都不一樣,因此寄生病媒不容易輕易「鎖定」。
但是,無論有性生殖有多大功能,任何涉及合作的事業,都是孕育背叛與剝削的溫床。有性生殖的演化,必然導致戰爭。
依定義,凡是生殖細胞可以發育成胚胎的個體,是雌性;生殖細胞無法發育成胚胎的,是雄性。
兩性戰爭的概念源自達爾文的「性擇」理論(sexual selection)。性擇理論的精髓是:兩性在生殖上的分工,必然會驅使兩性發展不同的生殖策略。以哺乳類為例,雌性身體是一架自給自足的生產機器,雄性只負責下種。雌性一旦受孕,雄性即使留在她身邊,也「無事可做」,不如另找一個雌性下種。雌性必需懷胎、哺乳,使得兩性完全沒有平等「談判」的基礎。因此哺乳類的雌性,絕大多數都放棄拉雄性分擔親職的念頭。
因為雌性的身體是產能有限的生產機器,數量也有限,對雄性來說,是稀少的生殖資源,爭奪的對象,所以雄性之間必然會發生慘烈的鬥爭。另一方面,族群中所有雌性,只要少數雄性負責播種,就能產能滿載,因此雌性只需睜大眼睛,坐待脫穎而出的雄性上門就行了。於是雄性間有劇烈鬥爭,而雌性之間幾乎沒有生殖成就(fitness)的差異。
這個傳統看法的最大問題在於,它使雄性成為物種演化的驅力。但作者企圖扭轉此一見解。在自然界,兩性關係沒有固定模式,兩性鬥爭的招術更是五花八門,而萬變不離其宗,關鍵在「積極追求生殖利益的雌性」。作者引用大量田野實例,功力表現在全書的組織上。讀者應留意的是:自然界的祕密,藏在細節裡,我們必需掌握大量細節,才能參透自然。

 

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