生物性行为到底都为了啥? 新答案公布

性可能是生物学中最难解开的谜团之一。有性生殖的缺点是不可否认的:必须有两个生物个体,而且每个个体只能继承其基因组的一部分。在性交过程中,双方都需要密切接触,所以他们很容易受到对方的身体伤害或感染。无性繁殖(即自我克隆)没有这些缺点。它可以在任何时间和任何地点进行,它的所有基因都可以传给后代。

然而,尽管有这些优点,无性繁殖在真核生物中是“异质的”和异常的。例如,在植物中,不到1%的品种经常无性繁殖。在动物中,每1000个已知物种中只有一个无性繁殖。数百年来,这个明显的矛盾一直困扰着生物学家。

1932年,遗传学家赫尔曼·穆勒认为他找到了答案。“遗传学终于解开了性别存在(即功能)的谜团。通过基因重组,性可以最大限度地利用基因变异的可能性。”换句话说,性的目的其实很简单:增加后代的遗传多样性。这种多样性可以让后代更强壮,行动更快,对寄生虫更有抵抗力,或者适应性更强。

马勒不是第一个提出这一观点的生物学家,但他的影响最大,所以他的名字与这一观点紧密相连。直到今天,这种观点在生物学中仍然非常流行。然而,这一观点本身仍有待讨论。毕竟,增加多样性的想法并不能解释单细胞生物为什么以及如何进化出一种性过程:减数分裂,即基因组被分成两半,形成卵细胞和精子的过程。

性别选择和性别假说的焦点总是在有机体的后代身上。在性行为进化史中发现的证据表明,“什么对后代和整个物种最有利”的理论并不全面,研究总是忽略性给个体带来的直接好处。

研究人员正在重新检查性行为以及相关的细胞和生理过程对个体生物体的影响。他们的结果表明,生物学家无法找到一个统一的理论来解释行为,因为没有这样的理论。相反,性给生物带来的好处可以描述为多种多样。生物会从对自己最有利的原因开始,并进行性行为。

性的无处不在

从某种意义上说,“性”无处不在。几乎每个真核生物都有性交,但每个物种都有独特的性体验。对于植物、单细胞原生动物、果蝇和人类来说,进行性行为的方式是完全不同的。

但并非所有的真核生物都将生殖视为性交的目的。例如,有一种藻类没有性交来繁殖,它的无性繁殖效果更好。这种团藻可以选择是克隆自身还是与其他团藻发生性关系,当他们选择后者时,他们通常希望提高自己的生存概率。

根据人类的标准,这些藻类只是基因组的一半。它们只有一条染色体,所以它们是单倍体。在这种状态下,它们可以经历有丝分裂,并以这种方式克隆自己。首先,它们的每条染色体将被复制成两条。这些复制的染色体将沿着细胞中线排列,然后被拉入新形成的子细胞,子细胞与母细胞完全相同。

然而,当环境温度过高或氮缺乏时,藻类会改变其繁殖方法。一个单倍体团藻会与另一个团藻融合。这样,每一组染色体变成了两个,藻类也变成了像我们一样的二倍体。

然而,藻类只有在生活环境变得困难时才会选择有性繁殖。Nedelcu和他的同事发现,如果他们能够减轻生理压力,比如在水中添加抗氧化剂,他们就不会有性生殖。据此,研究人员得出结论,对这些藻类来说,性交的主要目的不是为了生育后代,而是为了提高它们的生存能力,更好地应对这些压力。

对于这种藻类来说,性最直接的优势是使其成为一个具有强大抗性的多倍体,并能够承受更严峻的环境挑战。当环境改善时,二倍体藻类细胞将通过减数分裂恢复到单倍体状态。然而,减数分裂过程不仅增加了基因多样性,而且为基因组改良提供了独特的机会。

像所有多细胞生物一样,这些藻类也可以尝试纠正DNA中的微小缺失或错误,但是如果DNA损伤太严重,这种机制就很难准确修复。在这种情况下,如果第二条DNA链被用作复制模板,情况可能会发生逆转。

然而,在单倍体细胞中,因为只有一条染色体,通常不可能通过复制和粘贴来修复受损的DNA。然而,也有例外:在减数分裂过程中,当一组新配对的染色体排列在一起,没有被拉入子细胞时,受损的DNA就有机会修复。

在减数分裂过程中,来自两个单倍体母细胞的染色体排列在一起,并可能相互交换成分。这一过程被称为“重组”,可以大大增加基因多样性,但更重要的是,它为染色体复制和粘贴其他单倍体基因提供了机会,并可以完成自身无法完成的DNA修复。

早在几十年前,科学家就已经知道了减数分裂的DNA修复功能。其他早期研究表明,这可能解释了为什么有害突变比我们预期的要少。然而,研究表明,这种功能可能在生物功能的进化中发挥重要作用。由于上述藻类属于最古老的真核生物谱系之一,这可能表明“性的最初目的不是繁殖”。相反,“生物学进化了性,也许是为了增强适应压力的能力。”

植物、原生动物和人类

这不再是一个新的观点。早在20世纪80年代,亚利桑那大学的细胞生物学和解剖学教授哈里斯·伯恩斯坦和卡罗尔·伯恩斯坦就提出了这一理论。然而,这一观点自提出以来,一直没有受到主流进化生物学的重视。

科学家在研究一种叫做草履虫的原生动物时遇到了这个问题。草履虫是一种单细胞生物,覆盖着微小的纤毛,使其能够在淡水中游泳。当他们感到压力时,他们也使用有性生殖。而当草履虫选择有性生殖时,性交的对象往往是自己。

有证据表明,自花受精在草履虫中非常普遍,这可能是草履虫遗传多样性非常低的原因之一。这一事实无疑与“性的好处之一是增强基因多样性”的主流理论相矛盾。

研究发现,像前面提到的藻类一样,草履虫似乎直接受益于性交。在压力环境下,草履虫的自繁存活率高于其他草履虫。草履虫,最近已经达到性成熟,也将变得更加强大。这些发现表明,压力不仅诱导性行为,而且激活性行为所需的过程可能有助于草履虫更好地应对压力。性不仅仅是一个遗传过程,也是一个细胞水平的过程,在这个过程中涉及到其他细胞功能的各种基因。

尽管需要进一步的实验来充分验证这一观点,但相关性和应激反应的细胞机制是内在相关的。除了自我受精和性成熟对个体生存能力的好处之外,高温胁迫还会激活几个基因,使草履虫达到生殖成熟。即使我们真的不需要做爱,我们也可以通过准备基因组融合来让草履虫更好地应对压力。

当然,草履虫和藻类不是动物。对其他生物来说,性不一定有上述好处。即使生物体最初进化减数分裂来修复受损的DNA,性别在生物体中的作用现在可能不同了。

然而,在真菌、植物或动物中,性仍然有一些与生殖没有直接关系的好处,比如修复受损的DNA。此外,即使性是动物和植物繁殖的唯一方式,这些益处也可能影响性的原因、方式、时间和频率。

这些间接的好处可能远远超过减数分裂。在分析了从蟋蟀到老鼠的各种生物后,研究人员发现性交也能带来许多意想不到的好处。令人意想不到的原因是,有性生殖不仅不如无性生殖有效,而且给参与性交的生物个体带来了能量负担。合成卵子或精子,找到配偶,然后交配& hellip& hellip这些行动需要能源和资源。因此,生物个体通常不得不在生殖和其他有助于延长寿命的行为之间做出选择,如增大身体尺寸或增强免疫系统等。

然而,我们关于性的成本和收益的知识大多来自现代生物,如果蝇,从实验动物身上获得的结果也可能具有欺骗性。自然界的情况可能与实验室的情况大不相同,因为环境非常不同。

例如,大多数与果蝇相关的文件都指出交配是有代价的。然而,当研究野生环境中的果蝇时,发现实际情况恰恰相反。只有当果蝇保持“完美”时,它们才能付出代价。交配的雌果蝇比未交配的果蝇寿命更长。虽然这还没有得到详细实验的证实,但这可能是因为雌果蝇可以从受精中获得各种好处。

美国克雷顿大学生殖生理学和行为生态学专家艾米·沃星顿也在野生蟋蟀中发现了类似的现象。她最初认为雌性蟋蟀在交配后会利用大部分能量产卵,因此更容易感染疾病。但事实上,它们在交配后变得更加顽强。“我们在许多物种中发现了这种现象。与未交配的雌性相比,交配的雌性往往具有更强的生存能力和免疫反应。然而,增强的程度从高到低各不相同。”

研究人员怀疑一种叫做前列腺激素的化合物可能起了关键作用。前列腺素对卵子形成很重要,但它们也有助于调节免疫系统。我们知道前列腺素主要存在于精液中。雌性生物可以使用受精过程中获得的前列腺素,这不仅可以提高生殖成功率,还可以提高存活率。

“亲密”的朋友

前列腺素不是蟋蟀或昆虫独有的,几乎所有动物都有。因此,无论是“昆虫、哺乳动物还是两栖动物”,受精都可以增强个体的免疫系统。

然而,神经科学家在研究雄性动物的过程中发现,事情比这更复杂。2018年,研究发现雄性老鼠交配后大脑免疫力提高,这可能意味着交配有助于它们抵抗感染。此外,性也可能改善他们的大脑功能。其他科学家发现,交配后的老鼠在特定的认知测试中表现更好,定期交配可以减缓与衰老相关的大脑功能退化。

对目标利益的研究不仅在技术上难以进行,而且结论也容易被误解,造成文化或社会影响。记者问,对藻类的研究是否意味着压力会诱使人们发生性行为。科学家对这个问题的幽默回答是:“除非你是单倍体藻类。”

当然,这些影响是双向的,文化信仰和性观念会影响我们对其他物种的研究结果的解释,以及我们对性行为的偏见(如哪些类型的“正常”和哪些类型的“不正常”等。)将从根本上影响我们在动物研究中最重视的方面。

我们对性行为的理解影响了我们对动物行为的理解,比如“正常”的性行为应该是什么样子,某个人是否应该有性行为等等。对动物同性恋行为的研究就是这样一个例子。你可能会注意到,关于同性性行为的研究经常做出站不住脚的假设,比如“性交需要代价,所以同性个体之间的性行为肯定会带来一些难以拒绝的好处,比如大大增加个体生命中的生殖数量,从而在自然选择中生存”等等。但在许多情况下,性交不需要任何代价,其好处可能超出我们的理解。

与其思考为什么生物会进化出同性恋行为,不如思考为什么它们不能进化出这样的行为。从这个观点出发,他们意识到同性恋性行为可能自古就存在,但它并没有被自然选择所淘汰,因为它不需要太多的生物学成本。毕竟,性别分化(不同性别的个体和不同大小的配子之间存在差异)可能只有在生物进化出减数分裂和配子融合之后才会发生。在此之前,生物可能已经学会做一些准备,尝试与同一物种的任何个体交配,并且已经尝到了其中的好处。

甚至有这样一种可能性,如果性的生理成本和益处足够低,有时就不值得努力去寻找配偶。如果个体不关心交配对象的性别,他们可以更早更频繁地交配,这样他们可以活得更久,继承更多的基因。然而,诸如此类的假设可能无法深入探究,因为我们对自己性行为的看法决定了我们对其他物种性行为的看法。

然而,随着科学家们对性对不同生物体的影响进行更多的研究,他们逐渐放弃了偏见,并发现了性的许多积极影响。这些影响中的任何一个都可能微妙地决定一个物种进行性行为的方式。只要它能给生物带来哪怕一点点好处,比如增加后代的数量和提高后代的质量,它就会受到自然选择的青睐。

可以说,性的进化至少在某种程度上受到了这些益处的引导。性不仅会增加后代的遗传多样性,还会给个体本身带来直接的好处。这两者并不矛盾。如果性行为能够以直接和间接的方式促进生殖(如延长个体的寿命),并从进化的角度实现“双赢”,那么性在自然界的普遍存在也是有意义的。

最初的标题:为什么生物学进化了性行为?宣布新的答案

标题:生物性行为到底都为了啥? 新答案公布

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