第十、無性生殖與有性生殖

地球上生物的繁殖方式主要分為兩種，無性繁殖和有性繁殖。有性繁殖是由親本產生的有性生殖細胞（配子），經過兩性生殖細胞(例如精子和卵細胞)的結合，成為受精卵，再由受精卵發育成為新的個體的生殖方式。無性繁殖是指不經生殖細胞結合的生殖過程，由母體的一部分（也就是說體細胞）直接產生子代的方式。

無性繁殖的方式相對於有性繁殖來說比較簡單，但這並不意味著無性繁殖方式就是單一的，事實上不同生物會採取不同的無性繁殖方式。現代生物學家將無性繁殖分為：分裂生殖、出芽生殖、孢子生殖、營養生殖和斷裂生殖。大多數單細胞生物，比如細菌、草履蟲，都是通過分裂生殖來繁衍後代的，它們能夠將自己的生體直接分裂成兩個新的個體。很多植物都能進行營養生殖，比如馬鈴薯、草莓，插柳成蔭，就是一種典型的營養生殖方式。

有性繁殖相對於無性繁殖來說，難度更高，更複雜，使得有性繁殖的方式，更趨多樣化。有單細胞生物的結合生殖、有配子生殖、幼體生殖、孤雌生殖和多胚生殖。每一種生物都會選擇適合自己的方式，繁衍後代，使得自然界中的繁衍方式紛繁複雜。

比如蚯蚓，雖然是雌雄同體的，但異體受精，交配時兩條蚯蚓會分泌一種黏液，使雙方腹面黏在一起，同時排出精子輸入對方受精囊內。

小丑魚卻是一種能夠變換性別的生物。小丑魚一般是群居的，小丑魚群一般是由一條雌性，一條可育的雄性，和多條不育的雄性組合而成的。一旦雌性死亡，可育的雄性就會轉變成雌性，而不育雄性里最大的一條將性成熟，代替原來那條可育雄性。

螠蟲的幼蟲剛剛被孵化出來時候是沒有性別的，在最初的一段時間，如果它遇到一條雌蟲，就會被雌性吸入體內，在雌性體腔或腎管內發育成雄性，寄居在雌性體內供應精子，否則它就會成為雌性，等待遇到一條幼蟲。

目前發現的，最早的有性生殖生物的化石，可能是澳大利亞中部的苦泉燧石中發現的，距今10億年的，植物減數分裂產生的四分孢子化石 。不過大多數生物學家估計有性生殖應該在真核生物產生後不久就出現了。

為什麼有性生殖的方式會在生物中擴展，使得大多數動物、被子植物都以這樣的方式繁衍後代？這個問題令達爾文困惑不已，150年過去了, 人們都還未找到一個普遍認可的理論。

按照自然選擇理論，只有當一種基因能夠提高生物的適應度，也就是它的繁衍能力或生存能力的時候，這種基因才可能在生物群體內擴張。可是，無性繁殖似乎增大了生物繁衍的難度和複雜度，也就是降低了生物的適應度。

要成功進行有性繁殖，首先你需要額外的染色體，其次當你成熟後，你還要想方設法產生精子或者卵子，並且要發育出排卵或排精的工具，以及進行交配的工具，然後你要尋找到適合的且願意與你發生交配的對象，當然你還要進行交配活動，然後好不容易有了一個合子（就是一個卵子和精子的混合體），你還要給他準備足夠的能量，以幫助它長大。

這些複雜的繁衍過程，使生物的繁衍系統越來越複雜，且需要為繁衍準備的能量也越來越多。也就是降低了生物的能量使用率，如果將這些能量直接用在繁殖上，那麼生物的繁衍效率會大大提高。無性繁殖生物繁衍後代的能力，明顯高於有性生殖生物的繁衍能力，說不定就是因為它們的能量使用率比較高導致的。

除了會降低能量使用效率外，繁衍成功的可能性，也隨著繁衍過程複雜化，在同比例的增加。以開花植物為例，通過花粉進行有性繁衍，必須藉助昆蟲或者風等傳媒才能成功進行交配。依靠風做為傳媒的花朵，必須生產出大量的花蜜，其中大多數的花蜜沒有碰到適合的交配對象，飄散在了空氣中。更危險的是，在花粉成熟期內，如果沒有颳風，它就可能完全喪生了繁衍後代的機會。依靠昆蟲傳播的花，不僅需要依據昆蟲的喜好開出美麗且有誘惑香味的花朵，還要為昆蟲提供食物，可是就算是如此努力，很多花也沒有得到繁衍的機會。但這還不是最糟糕的事情，最糟糕的可能是，因為太依賴某種昆蟲，如果這種昆蟲數量減少或消失，花朵也會隨著一起減少和消失。

再以深海鮟鱇魚為例，雌性的鮟鱇魚有40~60厘米長，因為在大海中要尋找一個交配對象太過困難，雄性鮟鱇魚只有一個指頭的長度，大概是雌魚的五十分之一。雄性鮟鱇魚一旦遇到雌魚就會咬住雌魚，並釋放一種酶，溶解皮膚組織，進而與雌魚合為一體。通過這種方式，雄魚的精液進入雌魚的體內，同時獲取雌魚的營養。不過，雄魚很快走向死亡，只留下一團睾丸，隨時準備在雌魚排卵時讓卵受精。可以看出，鮟鱇魚的雄性為了獲得繁殖的機會，需要付出的代價是巨大的。

所以，生物學家們對有這麼多生物通過有性生殖的方式繁衍後代感到非常不解。為了解釋這個現象產生了不少的假說。比如有生物學家認為，基因突變是由於基因複製過程中的錯誤引起的，大多數基因突變的結果是不利於生物生存的，為了能及時糾正這些錯誤，不對生物的生存產生致命的影響，生物演化出了一些糾錯機制，而有性繁殖就是一種有效的糾錯機制。

我說過基因就像是一串密碼，而這串密碼是由四種鹼基組成的，包括A—腺嘌呤、G—鳥嘌呤、T—胸腺嘧啶、C—胞嘧啶、。而所有鹼基都有自己喜歡牽手的對象。A一般和T在一起， G和C是好朋友，。如果A和G牽手了，那就意味著發生了錯誤，糾錯機制就會對它進行調整。讓A重新和T牽手。

但如果A還是與G牽手，只是位置發生了變化，一般的糾錯機制就很難發現了。這個時候如果有一個單細胞的生物體演化出了兩條染色體。細胞在複製染色體的時候就可以將兩條染色體進行對照，那麼後代因為染色體複製錯誤而導致的死亡就會降低，於是有兩條染色體的生物就會有更多後代遺傳下來，也就是說它們犧牲了一點點能量利用率換來了更有效率的後代生存率。

而這些後代又因為某種突變，發生了分化，變成了一雌一雄，有性繁殖就此開始，而當有性繁殖開始後，我們會發現，遠親交配，也就是越是不相同的基因混在一起，產生的後代當中出現的有病體的數目就越少，於是，以犧牲繁殖的便利性，換來繁殖的有效性，反而提高了繁殖率，導致有性繁殖的基因就此擴大。

所以，有性繁殖雖然增加了生物繁衍的難度，但是，它提高了繁衍後代的生存能力，變相提高了繁衍效率，這是有性繁衍擴張的根本原因。

在我的神話故事中，有性生殖和無性生殖最大的區別是增加了生物的多樣性。在討論這個問題前，我們先來認識一下遺傳之父孟德爾，孟德爾用了近10年的時間，研究豌豆的繁衍情況，得出來兩個著名的遺傳定律：分離定律和組合定律。雖然，一直到去世，孟德爾的遺傳定律都沒有得到他人的關注，但是，現代基因學告訴我們這是正確的。

分離定律，在生物的體細胞中，控制同一性狀的遺傳因子成對存在，不相融合；在形成配子時，成對的遺傳因子發生分離，分離後的遺傳因子分別進入不同的配子中，隨配子遺傳給後代。

自由組合定律：當具有兩對（或更多對）相對性狀的親本進行雜交，在子一代產生配子時，在等位基因分離的同時，非同源染色體上的基因表現為自由組合。

現在我們已經知道生物的繁殖是由基因決定的，但是，生物體是一個複雜系統，基因具體是如何起作用的呢？首先我們需要了解什麼是性狀，性狀是生物體的特徵，可以是生理特徵，比如，血型、耐寒性，也可以是形態特徵，比如高矮胖瘦，還可以是行為特徵，比如勇敢、冒險等。只有可以被遺傳的性狀才是由基因決定的。

我們假設每一個基因控制一個性質，當然事實並非如此，很多時候很多基因都能影響某一個性狀，而且，一個基因經常有能力影響好幾個性狀。不過為了幫助理解，先假設一個基因決定一個性質，而由一個基因決定的這個性質就是最小性狀。

可是，就算如此，什麼是最小性狀，也不是非常容易搞清楚。比如說人的皮膚，可能就是一個最小的性狀。因為，無論父母是何種人種，他們後代的皮膚似乎都是一個顏色的。好像從來沒有出現過，某個人的臉上的皮膚是一條黑一條黃的現象。由此我們可以推定人類皮膚的顏色可能是一個最小的性狀，它可能是由一個基因決定的。

但是，一條小狗的毛色可能並不是一個最小性狀。我們會發現這樣的現象，母狗的毛是黑色的，雄狗的毛是白色的，他們的後代有的是黑的，有的是白的，還有的是黑白相間的，以此我們可以推斷小狗的某一區域的毛的顏色也許才是最小性狀，而整體的小狗毛的顏色，是由不同區域的毛混合而成的。

在明白了最小性狀後，我們再來理解孟德爾的遺傳規律。生物體就是由這些最小性狀合成的，我們發現決定最小性狀的基因不止有一種，科學家將這些能使同一性狀產生不同表達的基因叫做等位基因。比如說，人的眼睛有不同的顏色，藍色、黑色、金色、綠色、褐色等等。使得眼睛有不同顏色的基因就是等位基因。

在我們人體內決定某個人最小性狀的等位基因都有兩個，一個來自母親，一個來自父親，但是，只有一個等位基因有機會發揮作用，而另一個等位基因只能潛伏在人體內睡覺。比如說，你的體內有一個能使你的眼睛成為金色的基因和一個綠色的基因。結果你的眼睛變成綠金色的，也就是說綠色的基因沒有機會發揮作用。

從這裡你應該能夠發現，你的眼睛要麼是綠的，要麼是金色的，你的眼睛不會變成金綠色，也就是說，雖然有兩個等位基因，但是它們不會同時起作用，他們不會融合在一起，讓你的眼睛成為金綠色。

而且，我們知道生物體是由很多性狀集合而成的一個複雜系統，也就是說要有很多的基因一起工作才能讓這個系統正常的運行。那麼如果生物體內的任何一個最小性狀都是由分別來自母親和父親的等位基因決定的，是不是我的眼睛的基因由來自母親的基因決定了的話，我所有的性狀都會由來自母親的基因決定呢？實際情況上，決定某一種最小性狀的基因，到底是來自母親還是父親的，完全是一個隨機過程。這就使得一個生物體不會完全像它的母親或父親。

並且，子代從父母那裡獲得的基因，也是隨機的。比如，你母親的眼睛是綠的，影響她眼睛的另一個同位基因是黃色的，你從母親那獲得的是黃色的基因。可是，你母親長著一頭黑髮，另一個沒有表達的頭髮顏色的基因是棕色的。然而，這次你從母親那獲得的是黑頭髮的基因，而不是和眼睛一樣都是沒有表達的基因。這就導致了子代不僅可能不完全和自己的父母相似，甚至有可能出現和父母完全不同的性狀。

比如兩個白人父母生出了個黑人小孩，而且，這對父母的父母以及他們已知的祖先都是白人，那麼這個小孩怎麼會變成黑人呢？因為他父親的18代祖先是一個黑人，而這個黑人基因雖然一直被遺傳下來，卻一直消極怠工，沒想到，過了18代，它突然想工作了，於是就發生了這個事件。

這就是孟德爾的遺傳規律所描述的世界，孟德爾的遺傳規律主要作用的對象是有性繁殖的生物，無性繁殖並不需要基因的分配和重組。而這種重組和分配的方式，導致了通過有性繁殖產生的後代與它們的父母之間的差異會遠遠大於無性繁殖。這才是有性繁殖和無性繁殖之間的根本區別。

而且，這種繁衍的方式，與基因突變不同，基因突變的結果是不可預測的，也就是說會有很大的風險。有性繁衍導致的子代和上一代之間的差異，往往是安全可靠的，不會增加生物死亡的風險。

所以，在一個多樣化的宇宙中，有性繁衍做為會導致生物更具有多樣化的生殖方式，必然會產生，並大幅地擴張。

但是，如果生物存在的目標是多樣化，那麼為什麼最初的生物不是有性繁殖的呢？為什麼過了十幾億年才出現有性繁殖的生物？為什麼這麼多年過去後生物沒有演化出三性繁衍，甚至四性繁衍呢？這不是更加有助於多樣性嗎？我個人猜想的理由如下：

第一、我們已經知道無機物合成有機物是一個非常艱巨的過程，有機物要合成為一個能自我繁衍的生物，恐怕也不會太過簡單。如果第一個生物是有性繁殖的，那麼可能在第二個有性繁衍生物出現以前它就已經消失了，所以，要保證生物多樣化的有效開展，第一個生物的繁衍方式只能是無性繁殖。

第二、生態環境變化多端，生物滅絕事件不可避免。如果發生巨大的災難，導致大多數生物死亡，那麼能進行有性繁殖生物的快速繁衍能力，可以幫助生物圈馬上復原，並促使新一輪的演化迅速開展，生物的多樣性就能很快的恢復。

相反，如果自然界中所有的生物都是有性生殖的，一旦發生這種大的災難。倖存下來的生物要找到適合交配的對象，可能會非常困難，最後導致所有的生物全都滅絕。生物多樣化的的道路就需要從頭來過，這就有點得不償失了。

第三、宇宙中任何星系都有死亡的可能，在我們的宇宙中要發展出一個生物圈並不是一件簡單的事。如果生物、或者基因和大分子一樣可以搭載行星、殞石進行星際旅行，就可以大大地減少生物演化的速度，加快宇宙多樣性的進程。適合這種星際旅行的生物或基因，恐怕只能是進行無性繁殖的單細胞生物以及它的基因了。

因為，宇宙旅行風險太大，能到達目的的生物或者基因的數量不會太多。而且，一個新的需要進行開荒的星球，生物生存的環境也不會非常優良，如果進行這種旅行的開荒者是一個需要有性繁殖的生物，開荒成功的可能性會大大降低。

第四，三性或四性生殖，雖然能加大生物多樣性，但是，也同時加大了生物繁衍的難度，降低生物繁衍的機會，可能使得生物的生殖過於困難，反而降低了多樣性的有效展開。

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