性是我们的动物本能之一。但是,别说对天真烂漫的学童,就是对生物学家来说,性也是自然界最神秘的谜题。
我们为什么需要性?直到20世纪60年代,生物学家一直认为,是为了得到基因的多样性,因此它对生物进化意义深远。无性物种的下一代是在没有雄性的干预下,由雌性单独繁殖出来的,因为可形成优势的基因突变很少,这类物种的演化过程非常缓慢。而在有性物种中,有利的突变分布在无数个体中,因此,它们的进化比无性物种更加有效。生物学家认为,生物之所以有性,是因为这对其有利。
但是,现在有的学者认为,上述观点是站不住脚的。有性物种确实进化得比较快,但需要一个先决条件:每个有性个体都必须有优势基因传给下一代。而萨塞克斯大学的约翰 · 梅内德 · 史密斯发现:性不仅无法提供个体的优势,反而会造成实际上的资源浪费。
一个不易验证的难题
事实上,自然界有很多无性物种。一些昆虫、青蛙、鱼、植物和蜥蜴都能在无性的情况下生存。但是,从进化的角度看,无性物种存在于生命树的顶端,其进化历史相对较短。这些无性物种并没有使它们的有性亲缘物种灭绝,这看来完全不可思议——因为它们能把遗传基因以两倍的速度传给下一代。
要弄明白这个问题,一个办法就是统计一种无性生物在自然环境中存活的后代数量,跟同一种类的有性生物在相同条件下的统计数据相比,以弄清有性繁殖是否具有优势。但事实证明这一实验很有难度。因为,一开始就不可能确定一种无性生物跟一种有性生物是否真正属于同类。有许多物种既能无性繁殖又能有性繁殖,但无性繁殖往往是为了适应不同的生态环境。例如,洋葱可以用新的球茎进行无性繁殖,也能通过有性过程产生种子,让种子分散到新地方发芽生长。存活后代的数量之大也是统计的一个难点。
由于找不到一个简单的答案,生物学家就转向数学方法。他们采用计算机模拟,用比特代表“生物”,根据某种规则“繁殖后代”。结果证明有性生物在繁殖上占有优势,但至少也有20种不同的理论。
总的感觉是,没有一种简单的答案可以解释性为什么有利进化的问题。
有性繁殖的利与弊
现在科学家认为有性繁殖有利的,主要有三个论点:
1.更快地积累好的突变。假设有两个好的突变A和B。某一个体同时出现这两种突变的几率是很低的。在有性物种中,基因的不断交换很快就能使A和B结合到同一个基因中。而在无性物种中,A和B则将保留在不同的克隆体中,A克隆体会和B克隆体直接竞争,它们非但不能把两种优势结合起来加强生存能力,反而会互相成为对方的不利因素。一些实验室试验已经证明,重新组合几率比较高的果蝇、酵母和细菌能进化得更快,以适应新环境。
2.更快地去掉坏的突变。在无性物种中,轻微的不利突变会逐渐积累。而在有性物种中,突变是被不断重新分派的。性是否能带来好处取决于突变的几率。20世纪80年代初期,俄罗斯科学院的阿历史谢孔德拉绍夫计算过,由于无性物种对不利突变的积累作用,每代出现一个不利突变就足以让有性物种占据竞争优势。最新的估计认为,大多数物种产生突变的几率高于每一代一个突变,只有每一代间隔时间非常短的物种(比如昆虫)除外——这些都是经常进行无性繁殖的种群。这不会是偶然的巧合吧?
3.更好地抵抗寄生生物。20世纪80年代,牛津大学的比尔 · 汉密尔顿认为,有性繁殖在抵抗寄生生物方面占有优势。有性繁殖的物种之所以能胜出,是因为它们保留了能抵抗寄生生物的防御基因。而在无性生物中,这些基因会由于携带者个体的死亡而从群体中丢失。丢失的防御基因对后代来说可能是非常有用的。在包括各种扁虫和日本鲫鱼的几个物种中,无性繁殖的个体受到寄生生物的困扰比有性繁殖的个体更加严重。但是,这也可能是因为无性繁殖的个体保留的坏突变比较多,因此免疫系统较弱。
认为有性繁殖不利的,也有三个论点:
1.雄性代价在分雌雄两性的物种中,浪费掉一半资源来繁殖本身不能繁殖后代的雄性个体。这是有性繁殖最严重的问题。假设有一物种,每个雌性能繁殖四个后代。有性繁殖的雌性可能产生两个儿子和两个女儿,而无性繁殖的物种则可以产生四个女儿。在下一代,有性繁殖可望再获得八个后代,而她的无性繁殖对手却可以有16个孙女。即便在大多数开花植物和蠕虫等低等动物这类雌雄同体的生物中,产生雄性细胞也是在浪费资源。
2.重新组合的代价如果一个个体达到繁殖的年龄,它显然已经适应其生存环境。为什么还要冒风险把自己的基因去跟别人的基因结合呢?这样,那些已经协调得很好的特征组合可能被分开,其后代可能会变坏。在有性繁殖过程中,我们的基因被重新组合两次。第一次,每个染色体在分给不同的性细胞之前要分成几段。然后,原来基因组的一半再跟其他人的半个基因组结合。科学家可能会说,像这样重新组合的基因是一个优势,但是,重新组合一个成功的基因组合难道不愚蠢吗?
3.交配的代价为了确保获得一个配偶,巨型海芋要消耗大量资源长出三米高的花蕊,红鹿要进行激烈的角斗。所有有性繁殖的生物都要花时间去寻找配偶,一旦找到了,它们就开始调情和交配。在这个过程中,它们全神贯注,很容易遭到其他动物的袭击。谁不讨厌一对对交配的苍蝇在空中乱飞?对鸟类来说,交配的代价是食物。有几种昆虫和螳螂、蜘蛛,居然要忍受交配之后被配偶吃掉的伤害。蠕虫完全能使自己受精,为什么还要费劲寻配偶?
克隆人时代不可能到来
从遗传学和生物学的角度看,性显然对几乎每一种生命形式都是重要的,自然界没有无性繁殖的哺乳动物,人类的生长和发育都跟性的过程密切相连。例如染色体在一生中会逐渐变短;细胞每次分裂,都会因复制酶而失去最后一小节DNA。因此,哺乳动物的克隆体会早衰,或者染色体逐渐变短。但是,即使科学家解决了这些问题,克隆将成为人类一个现实的选择,我们能作为无性繁殖的物种生存下去吗?
显然,人类克隆是不能持久的。人类基因坏突变的几率非常高。最近的估计是,每一代有两个突变——我们每个人有两个DNA错误。这是最低的估计,实际出现突变的可能性可能会高出五倍。这些错误会引起诸如地中海贫血或亨廷顿舞蹈病等致命疾病。基因点突变是软骨发育不全(侏儒症)的原因。突变也可能导致精神分裂症或不育症,引起免疫功能、健康状况和智力水平的普遍下降。据萨塞克斯大学研究人类突变几率的亚当 · 艾尔沃克说,如果走运的话,我们也许能利用克隆技术制造几代人。但突变将在克隆体上迅速积累,要不了多久他们就会全部死掉。
男人很可能比女人更快地遭受这种严重后果,因为男人的突变几率是女人的四倍。其原因在于,跟女人一生中所产生的卵子数量相比,男人一生中产生的精子数量要大得多。DNA错误中有很多是在减数分裂过程中发生的。当然,人工克隆和无性繁殖还不是完全一样的。克隆不涉及减数分裂,因为卵细胞中的基因物质被去除了,取而代之的是取自皮肤细胞等普通细胞的DNA。因此,突变几率不会像现在这样高。但即使在没有减数分裂情况下,突变几率低到足以使我们能生存下去,克隆会对人类社会产生什么影响还要取决于谁希望克隆他们自己。可以说,女人比男人更愿意生育和照顾孩子。因此,除非女人准备抚养她们所爱的男人的克隆体,否则整个家庭结构可能被打破。
无性繁殖的另一后果是,我们大家都会变得越来越丑。公认的最漂亮的面孔是一张“平均”的面孔:是在计算机里用许多人的面孔合成的。有性繁殖过程中的基因混合可以达到这种平均效果。没有性,我们的外貌特征就会离平均外貌特征越来越远。人们的面孔会变得越来越不匀称,其些面部特征可能会被逐渐夸大。要发现一个吸引力的配偶将难上加难。因此,女人很可能不愿意照顾其他人的克隆体,只会抚养自己的克隆体。女人的比例会越来越高,男人会由于人数大减而被排斥在社会各阶层之外。
因此,如果你是男人,最好是充分发挥性的乐趣,使它足以阻止这种情况的出现。如果我们没有了性,男了会比女人遭受更多的痛苦。
可以设想,在克隆人的社会里,肯定仍会有人躲起来生儿育女。这些偷偷生下的后代很可能是漂亮、强壮和充满活力的,长大后成为有性繁殖的人。也许,他们最终会起来推翻克隆人,从而一劳永逸地证明:有性繁殖更好一些。