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没有后代的亚伯

书籍名:《性别的历史》    作者:Matt Ridley



尽管有一些叛逆,但细菌的团队还是比较和谐的。即使稍微复杂一些的变形虫也是由远古时代各种原始的细菌队伍组成的,团队利益和个体成员利益没有明显的区别。但在更为复杂的生物体中,基因牺牲同伴来繁殖自己的概率就会大大增加。

动植物的基因常发生不利于整体的叛变,但叛变往往会遭到阻遏,成功的机会不大。在某些雌性面粉甲壳虫中存在着一种基因,能够杀死那些没有遗传它的特质的后代。就好像基因给所有雌性后代身体里埋下了暗雷,只有确认是服从者时雷管才会被拆除。自私的染色体B的全部生存意义就是侵入昆虫的每个卵中,确保把基因传给下一代,除此之外,别无他用。有种介壳虫拥有更奇异的寄生基因,卵子受精时,有时穿透卵子的精子不止一个。当这种情况发生时,其中一个精子会和卵子以正常的方式结合,而剩余的精子会陪伴在受精卵左右,随着受精卵的分裂而开始分裂。当介壳虫长大之后,寄生物的精子细胞便会吞掉它的生殖腺,然后取而代之。因此,介壳虫生产的精子或卵子与它本身并无关联,只是基因私通的杰作而已。

性发生之际是自私基因出现的最佳时机。大多数动植物都是双倍体,它们的基因是成双成对出现的。但在两组不同的基因之间,双倍体是一种不稳定的结伴关系。当结伴关系结束时,情况就会变得紧张起来。这种结伴关系随着性的发生而结束。减数分裂是性的主要遗传程序,成对基因被分开变成单倍体的卵子和精子,瞬间每一个基因都有机会牺牲同伴的利益而获利。如果它垄断了卵子或精子,就有繁殖兴旺的机会,但这是以剥夺伙伴的机会为代价的。

近年来,一群年轻的生物学家就这个问题进行了深入探索。其中较为杰出的是加利福尼亚大学的史蒂夫·弗兰克(Steve  Frank)、劳伦斯·赫斯特(Laurence  Hurst)、安德鲁·波米安可夫斯基(Andrew  Pomiankowski)、大卫·海格(David  Haig)和牛津大学的阿兰·格里芬(Alan  Grafen)。他们的理论如下:女人怀孕时,她的胚胎只能获得她的一半基因,这一半是幸运的,而不幸的另一半只有苦苦地等待女人下一次怀孕的机会了。人体23对基因组,其中一半来自父亲,另一半来自母亲。当一个个体在制造精子或卵子时,会从自身的每对基因中选取其中之一,精子或卵子中的23条基因可能全部来自个体从母亲那里继承来的23条,也可能全部来自父亲,当然更有可能是两者都有。自私的基因抢到一半以上进入胚胎的机会,表现良好。它们会为此杀掉敌对的基因——来自另一个祖辈的基因。

事实上,这种基因确实存在。某种果蝇的染色体带有“变形隔离者”基因,当它们遇到含有不同版本染色体的精子时,就会将其一网打尽。如此一来,这种果蝇制造的精子只是正常数量的一半,并全部带有变形隔离者基因,因此垄断了果蝇的后代。

我们把这种基因称为该隐。该隐和亚伯是一模一样的双胞胎,他杀死兄弟的同时就会伤害自己,因为它用来对付亚伯的武器是一种释放在细胞中的破坏酶——一种化学武器。为此,该隐只有做一套保护自己的“防毒面具”(实际上,面罩是由击退破坏酶的基因组成的)。该隐设计的面具保护自己不被自己释放的毒气伤害,结果该隐成了祖先而亚伯却绝了种。因此兄弟相残的基因会传播开来,就像杀人者最终占领了地球一样。变形隔离者与其他兄弟相残的基因我们统称为“减数分裂的动力”,因为它们促成了减数分裂的过程。

这种减数分裂的动力基因在苍蝇、老鼠和其他少数生物之中都存在,但相对较少。为什么?这与在人类社会里杀人者呈少数是同一个道理。其他基因的权利是受法律保护的。和人类一样,除了相互残杀,基因还有更重要的事要做。带有亚伯染色体的基因随着亚伯致死而消亡,当然亚伯基因如果发明一种扰乱该隐基因的方法,它们还是会正常延续下去的。换个说法就是,能够阻遏减数分裂的动力的基因,必定也有和减数分裂的动力一样的扩数机会。“红色皇后”的竞赛就是这个结果。

大卫·海格和阿兰·格里芬相信这种现象的确普遍存在,它含有基因混杂,是整段染色体的交换。如果亚伯附近的染色体突然和该隐附近的染色体交换了位置,那么该隐的面具可能就会从该隐的染色体转移到亚伯的染色体中。该隐就会痛不欲生而自杀,亚伯从此过上了幸福生活。

这种交换被称为“混杂交叠”。几乎所有成对的动植物染色体中,都会发生混杂交叠的情况。大部分科学家都认为这种混杂交叠除了让基因更加彻底地融合之外,没有任何实际意义。而大卫和阿兰则提出了与之相反的观点,他们认为混杂交叠不需要提供任何此类功能,它仅仅是细胞内执行法律的形式。在理想世界里不需要警察,因为人们不会犯罪,警察的意义在于维护社会秩序,不在于装饰社会。那么,根据大卫和阿兰的观点,混杂交叠就充当了警察的角色,即维持染色体分裂的秩序,确保其公平。

就其性质而言,这种理论实在难以证实。大卫说,交叠是驱象剂,看不到大象,就可以认定驱象剂确实有效果。

该隐基因紧抱面具,不会因混杂交叠而分离,因此在老鼠、苍蝇中还能得以存活。但是“性染色体”却特别受到该隐基因的骚扰。因为性染色体不参与混杂的过程。人类和许多动物的性别都是由遗传彩券决定的:如果从父母身上遗传了一对X染色体,就是雌性;若是X和Y,就是雄性(鸟类、蜘蛛和蝴蝶的情况与之相反)。Y染色体含有决定成为雄性的基因,它既不能与X染色体共存也不能与它混杂。结果导致在X染色体上的该隐基因可以放心地抹杀Y染色体,而不会危及自身。这就扰乱了下一代的性别比例,造成了雌性数量偏多。这个后果由整个物种承担,但是独占子代的好处却由该隐基因独享,正如前述的免费搭车的人导致公地的悲剧一样。



赞扬单边解除武装


总体而言,基因的公共利益超越了野心勃勃的非法之徒。像埃格伯特·利说的那样,基因“议会”能够贯彻它的意志,他指出。细胞官僚的旅程虽然有点儿滑稽,却最有利于我们解决本章开始所提出的“为什么有两种性别”的问题。对此,读者肯定不会满足。

耐心一点儿,本书选择的途径是寻找基因之间的矛盾,这可以帮助我们找到答案。性别可以视为细胞官僚的规定。雄性产生精子或花粉,数以万计,个头矮小,极富活力;雌性则产生少量体积较大的,较为稳定的卵子。大小不是雄性和雌性配子之间唯一的区别,更显著的区别在于一些基因固定来源于母亲。1981年两名哈佛大学的科学家雷德·考斯米德(Leda  Cosmides)和约翰·图比拼凑出对抗“基因议会”的基因叛变史。这种对抗迫使动物和植物的进化进入新的方向,从而导致了两种性别的形成。

到现在为止,作者把所有的基因看作具有相同的遗传模式,但是事实却并非完全如此。当精子使卵子受精时,它只是把自己的一堆细胞核贡献给了卵子,其余的部分则遗留在卵子外部。并非所有父系基因都在细胞核内,一些细胞器中也含有少量父系基因,因此,这一小部分基因就被遗漏于受精卵之外了。细胞器可以大致分为两种——线粒体和叶绿素。线粒体利用氧气来吸取食物中的能量;叶绿素则可以通过阳光从空气和水分中提炼食物。这些细胞器显然都是生活于细胞内部的寄生物的后代,这些寄生物的生物化学技术可以充分被宿主本身利用,所以都被驯化了。作为原先自由生存的细菌的后代,细胞器拥有属于自己的基因。比如人体中的线粒体有37个自己的基因。我们问“为什么有两种性别”,就等于问“为什么细胞器基因要通过母系遗传”。

为什么不干脆让精子的细胞一起进入卵子?进化似乎在想方设法把父系的细胞器排除在外。在植物中,有一个狭长的管道阻止父系细胞器进入花粉囊;在动物中,精子进入卵子之时,会有更加严密的搜查程序去除细胞器。那么,为什么要这么做呢?

答案就隐藏在这个例外的案例里面——有一种叫作衣滴虫的藻类有两种类别,正和负,而不是雌雄两性。在这个物种中,植物双亲的叶绿体进行消耗战的时候,摧毁了95%的叶绿体,剩余的5%都来自正性。结果正性在数量上以绝对优势压倒了负性。但是在这场耗费体力的争斗中,整个细胞的能量都受到了严重的影响。细胞核基因认为细胞的前途暗淡。它们之间的战争很像《罗密欧与朱丽叶》中亲王手下的两名臣子互相争斗的情景:

目无法纪的臣民,扰乱治安的罪人,

你们的刀剑都被你们邻人的血玷污了——

他们不听我的话吗?喂,听着!你们这些人,你们这些畜生,

你们为了扑灭你们怨毒的怒焰,

不惜让殷红的流泉从你们的血管里喷涌出来;

若畏惧刑法,赶快从你们血腥的手里丢下你们的凶器,

静听你们震怒的君王的判决。

凯普莱特,蒙太古,

你们已经三次为了一句口头上的空言,

引起了市民的械斗,扰乱了我们街道上的安宁,

……要是你们以后再在市街上闹事,

就要把你们的生命作为扰乱治安的代价。

亲王很快发现就连严词谴责也无法压制他们之间的争斗,但是如果他按照基因中细胞核基因的方式去做,直截了当地消灭蒙太古一族,问题不就迎刃而解了吗?父系和母系细胞核却达成了关于屠杀来自父系的细胞器的协议,此举有利于雄性细胞核(不是雄性细胞器),这样一来可以生产能够存活的后代。所以负性中那些甘于牺牲自己的、温驯的细胞器主人就会迅速繁衍。这种模式还自动快速地矫正了一些杀手和被害者比例的失衡,使两种性别更加均衡。由此,两种性别就产生了,一种是提供细胞器的杀手,另外一种是不提供细胞器的被害者。

牛津大学的劳伦斯·赫斯特利用这一论点断言两种性别是性融合的结果。换而言之,在衣藻和大部分的动植物中,只要性包含融合的两个细胞,就会有两种性别。只要包含结合作用——两个细胞之间形成导管,沿着导管交换基因的细胞核——但不发生融合,如此一来,既不会产生矛盾也不用杀死其中的一种性别。那些通过结合的方式来孕育后代的物种,如单细胞纤毛虫、蘑菇类,都具有许多不同的性别,采取性融合的物种通常只分两性。还有一个特别令人满意的情况:有一种多细胞纤毛虫,在它的身上我们可以观察到两种性的形式,当它以融合的性方式孕育后代时,它就会变成两种性别;进行性结合时,它会有多种性别。

1991年,当劳伦斯准备对他的研究工作进行收尾的时候,他遇到了一个与他结论相违背的案例:一种拥有13种性别的黏酶虫却以融合性的方式繁衍后代。但是当他进一步深入研究的时候,他发现这13种性别进行了严格的等级排列。第13种性别不论与谁交配,都会贡献细胞器,而第12种性别只有与第11种及以下的性别交配时,才会贡献细胞器。这样一来它似乎跟两种性别的运作方式没有区别,但其程序却要复杂得多。