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拾起DNA之锁

书籍名:《性别的历史》    作者:Matt Ridley



尽管如此,进化的乌龟进行的基因混合要多于进化的野兔。奥斯丁·伯特发现一代寿命的长短和基因重组的数量有关系,这也正是红色皇后理论起作用的证据。一个世代的时间越长,就越需要更多的基因混合来抵御寄生物的侵袭。贝尔和伯特还发现,只要存在一种代号为“B-染色体”的寄生物染色体,就会引发物种额外的重组(更多的基因混合)。而在与寄生物的斗争中,“性”是必不可少的,但是,它又起到了怎样的作用呢?

暂且把跳蚤和蚊子放在一边,让我们先看看那些致病的病毒、细菌和真菌。它们是大部分疾病的起因,也是侵入细胞的高手。真菌和细菌的目的是吞掉细胞,病毒的目的是破坏遗传机制以制造新的病毒。不管怎样,它们必须侵入细胞。为此,它们利用蛋白质分子侵入细胞表面的其他分子,行话叫作“结合蛋白质”。寄生物与寄主之间的竞争都和结合蛋白质相关。当寄生物配新的钥匙时,寄主就换锁防盗。这是种群选择论者关于“性”的一个说法,即任一时间,有性物种都有很多把不同的备用锁,无性物种的锁则是同一模式的。有了正确的钥匙,寄生物就可以迅速地消灭无性生殖的物种,但对于有性生物而言,寄生物就没有这种能力。引申到农业生产,若我们把田地单一种植同系交配的小麦和玉米,就容易招致流行疾病,必须大量使用农药才能制止。

“红色皇后”的例子比它更微妙也更有力度。“性”产生的后代比复制出来的个体生存概率大,“性”的优势在一代中就可以体现,因为同一世代的无性生殖个体拥有共同的门锁,寄生物会找到正确的钥匙快速攻破,因此可以确定的是,这种锁在几代后必须废弃。稀有的东西才最珍贵。

有性物种可以依赖某种锁库,这是无性物种无法做到的。锁库有两个意思大致相同的学名:杂合和多态。当近亲繁育时,它们就会随之消失。这就意味着在整个物种(多态)和每个个体(杂合)中,任何时刻都有不同版本的相同基因。西方人蓝眼睛和棕眼睛的多态性就是个典型的例子,多数棕眼睛的人都携带着蓝眼睛的隐性基因,他们是杂合体。对于忠实的达尔文论者来说,这种多态性和“性”一样令人困惑,因为这说明两种基因都很好。当然,如果棕眼睛比蓝眼睛有微小的优势(或者说得更确切一些,如果正常基因比镰形细胞性贫血的基因好),其中的一种基因就会逐渐消灭另一种基因。那到底为什么我们身上充满各种各样版本的基因呢?为什么会有这么多的杂合基因?如果就镰状细胞性贫血的例子来说,镰状基因可以帮助攻击疟疾病毒,因此我们可以说在疟疾高发地区,杂合基因(具有一个镰状基因和一个正常基因)比正常基因好,纯合体(具有两个正常基因或两个镰状基因)会受到疟疾和贫血的困扰。

这个例子经常出现在过去的生物教科书中,因此人们很难意识到它不只是个趣闻,而是个常见的论题。该例子指出,许多声名狼藉的多态基因,如血型和组织适合性抗原等,都是影响抗病性的基因,也就是基因之锁。而且,许多多态基因都非常古老,经历了许多世代。例如,人体内有许多版本的基因,在牛体内也有许多版本的类似基因。奇怪的是,人类和牛的基因版本中居然有相互重合之处,这就意味着你的某些基因可能和牛的基因是一样的,其相似程度可能高于你和配偶基因的相似程度。语言也有相似的情况,比如,世界各地用不同的方式来表述“肉”这个字,英美国家用“meat”一词,法国用“viande”,德国用“fleisch”,而在新几内亚一个与世隔绝的石器时代的村落也使用“viande”一词,但相邻的村落却使用“fleisch”一词。但相比之下基因里的这个发现更令人惊叹。似乎有一种强大的力量在发挥作用,从而确保基因的各种版本都能生存,并且变化不大。

我们几乎可以肯定这个力量来自疾病。一旦基因锁变得稀少,那么寄生物的基因钥匙必定也会变少,这样一来基因锁就会占据优势地位。在这种稀有至上的情况下,每个基因都在强盛与衰败中徘徊,基因不会灭绝。诚然,还有许多机制有利于多态性,这将使稀少的基因较普通基因更具有选择优势。这一点就连捕食者似乎也有所认同,他们常常选择普通形式而忽略稀少形式。科学家曾经做了一个实验:在鸟笼子中放了一些密封的食物,多数染成了红色,少数染成了绿色,鸟很快明白了红色的食物可食而忽略了绿色的食物。霍尔丹首次认识到,寄生比捕食关系更能帮助生物种群保持基因的多态性,尤其当寄生物侵犯新物种的成功概率增加、侵犯旧物种的成功概率减少时,情况更是如此。这就是所谓的钥匙与锁的案例。

锁和钥匙的比喻值得我们深入分析一下。比如,亚麻的5种基因有27个版本,可以抵御锈菌的侵蚀,这也就相当于5把锁的27种变化。锈菌也有合适的钥匙去攻破亚麻的每一把锁。锈菌的攻击力度取决于它的5把钥匙与亚麻的5把锁的契合程度。这与真正的钥匙和锁有所不同,因为他们是部分契合。锈菌不必打开每一把锁就可以传染亚麻,但是锁被打开得越多,毒性就越严重。