關於生命的科學：《生命的躍升》

今天為大家介紹一本獲得過英國皇家學會科學圖書大獎的科普著作——《生命的躍升》

這本書聚焦於演化史上的十個重大命題，用嚴謹的論證和精彩的細節，清晰地重現了地球生命的演化歷程。

今天我們挑出其中的一個命題，為大家做一個簡單介紹。這個命題就是——性。

有這樣一則名人軼事，說的是一位漂亮的女演員在一場宴會上向蕭伯納求婚。她說：「我們應當生個孩子，這樣他就會同時繼承，我的容貌和你的頭腦。」結果蕭伯納十分耿直地回答道：「可要是這孩子繼承的是我的容貌和你的頭腦，那怎麼辦？」

嗯~這個故事的真實性不可考，不過確實講出了一個科學道理，那就是——有性生殖是隨機生成基因組合的。這種隨機性，在我們普通人看來倒是沒啥，但在遺傳學家眼裡可以說就是危機重重了。因為基因的隨機組合可能會直接導致痛苦、疾病甚至死亡。

舉個例子，鐮刀型細胞貧血症，是一種嚴重的遺傳病。病因是患者從雙親處繼承了一個基因的兩份「壞」的版本。但是，如果從雙親處繼承的是這個基因的兩份「好」的版本，這個人又有很大的風險感染瘧疾。所以 一好一壞的雜合子型，才是最好的搭配。但即使父母都擁有這個最佳配置，他們生出來的小孩卻只有一半的概率能繼承這個基因型。1/4的可能他會患上鐮刀型細胞貧血症，還有1/4的可能他會特別容易感染瘧疾。

你想想，如果一個雜合子型個體，能通過無性生殖的方式，把自己100%的基因傳給所有的後代，她的小孩兒就不會這麼倒霉了。所以，性所帶來的多樣性，也許會讓生命直接遭殃。它可能摧毀那些，最成功的基因組合，並迫使生物背上尋找配偶的沉重負擔，甚至還會傳播各種可怕的生殖疾病。

但是，即使有這麼多壞處，性卻還是成為了地球上佔據絕對主流的生物生殖方式。到底它有什麼巨大的優勢，足以抵消上述種種缺點呢？

從達爾文開始，生物學界對性的探究就從未停止，很多優秀的生物學家們都曾經和這個問題做鬥爭，他們提出了種種假說，想解釋清楚性的優勢。比如，英國統計遺傳學家費希爾則在1930年指出——性能讓不同的基因突變，有機會進入同一個個體，從而加速演化。而美國遺傳學家穆勒在實驗中發現，絕大多數基因突變都是有害的。所以他發展了費希爾的觀點，指出無性生殖種群容易積累有害突變，而性有機會把種群分散的未突變基因集合到一起，重新創造出完美無瑕的個體，從而挽回種群衰敗的命運。當然，有性生殖也有可能把各種有害突變集合到一起，所以蘇聯演化遺傳學家康德拉肖夫據此提出，性能夠集合多種有害突變，然後利用自然選擇一次性消滅它們。此外，還有學者根據「紅皇后假說」提出性存在的目的是抵禦寄生蟲的入侵。但以上這些假說，在解釋性的優勢方面都各有片面之處。

從20世紀90年代中期開始，研究者們就試圖把包括上述假說在內的各種理論綜合起來，建立更加具有包容性的理論模型，這個新的理論模型叫作——「選擇干擾假說」。

剛剛我們已經說過，基因會發生突變，並且絕大多數的突變都是有害的，只有少數突變稱得上是有益的。

同一條染色體上的基因們，組成了命運共同體。所以，有害突變的產生和積累，肯定會讓染色體的整體水平變差。那麼有益突變的產生，能不能挽回一下局勢呢？並不能。

選擇干擾假說認為：當有益突變產生的時候，偏好這個有益突變的自然選擇，就可能會被不偏好這條染色體上其它基因的自然選擇抵消掉，導致這個有益突變無法在種群中傳播。

什麼意思呢？想像一下，假如有一塊無性繁殖的水稻田，水稻們都通過自體克隆來產生後代。某一天 ，一株水稻的某條染色體上突變出了強力抗旱基因，這個突變可是天大的好事。

但不巧的是，同一條染色體上還有這株水稻從它的親代繼承過來的易染病基因。等到了大旱天兒這個強力抗旱基因本應該脫穎而出，橫掃稻田，但是這株水稻一不小心病死了，而它的克隆後代們，可能也逃脫不了同樣的命運。

總之，這個強力抗旱基因，被同一條染色體上的易染病基因拖了後腿，根本沒法通過自然選擇在這塊稻田裡傳播開來。也就是說，同一條染色體上不同基因的相互干擾，會遮蔽掉有益突變的好處，從而阻礙自然選擇的進行。

這個時候，水稻搞有性生殖的好處就體現出來了，在減數分裂的第一步，每個細胞通過複製，會擁有四套染色體，這四套染色體之間混合起來，交叉互換，然後七拼八湊生成了，四套全新的染色體。每一套都是從未出現過的基因組合，這種重組 就是性的真正核心。

通過重組，那些「好」基因或者有益突變就有機會甩掉同一條染色體上的那些拖後腿的同伴，成功在種群中傳播開來。雖然，有性生殖的隨機性決定了一千次嘗試里可能只有一次成功，但總歸比克隆要強得多得多。所以，作者在這本書里動情地歌頌道「如果沒有性，我們星球上的生命就只會發育不良、朽敗退化。而有了性，生命就充滿了歡喜。」

不過，也許平常人在談戀愛的時候並不會想這麼多吧。

總之，如果你對生命充滿好奇，請一定要打開這本《生命的躍升》，還有更多有趣的問題在等著你去探尋，相信我，它會滿足你最迫切的求知慾。

如果你看完了這篇文章覺得有點兒懵，那可能是因為你對它們不太熟，如果你想輕鬆愉快地跟它們熟起來，有一個好方法——嘿嘿~好好學習，天天向上。

拜拜~

（註：

1、鐮刀型細胞貧血症（Sickle Cell Anemia）是一種常見的染色體隱性基因遺傳病，患病者的血液紅細胞在某些特定的情況下（通常是缺氧狀況）會變成堅硬的鐮刀型，阻塞毛細血管，引起局部組織器官缺血缺氧，產生脾腫大、胸腹疼痛等臨床表現。

2、紅皇后假說是一個關於生物協同進化的假說，取名靈感來源於《愛麗絲夢遊仙境》中紅皇后的著名台詞：「你必須拚命奔跑，才能夠留在原地。」物種之間的競爭會導致相互追趕的協同進化，而在討論到性時，這種永恆的競爭發生在寄生蟲和宿主之間。寄生蟲演化速度很快，能夠在很短的時間內適應宿主的身體條件並生長繁殖。如果宿主的種群全部擁有相同的遺傳特徵，一個成功的寄生蟲就能輕易肆虐整個種群，甚至徹底摧毀該種群。而有性生殖使得群成員之間有所差異，從而更容易抵禦寄生蟲的侵入。

3、在關於克隆水稻的例子中，即使這個被易染病基因拖了後腿的強力抗旱基因由於十年大旱而艱難的橫掃整塊稻田，它也會在取代本基因的其他版本的同時，消滅掉同一條染色體上其他基因在種群中所有的變體（因為該強力抗旱基因所在的X號染色體會在自然選擇的作用下，取代種群中所有其他版本的X號染色體），致使這塊稻田的遺傳多樣性遭受到毀滅性的打擊。事實上，任何足夠強的選擇作用（寄生蟲、氣候變化、饑荒或者遷徙）都可能會導致無性生殖種群中出現某個基因的「選擇橫掃」，因此選擇干擾假說和紅皇后以及其他和性相關的理論都接的上。

4、【交叉互換】：減數分裂第一次分裂前期同源染色體聯會是，同源染色體上的非姐妹染色單體之間會互相交換一部分染色體片段。）