為什麼人的性別只有兩種而不是多種呢?

2020-08-18 天體生物學

愛情,也許是這個世界上最美好的東西,許多人視為珍寶,所謂生命誠可貴,愛情價更高,可是生物學家卻不是這麼想的,在他們的眼中愛情的目的無非就是繁衍後代,傳遞自己的基因。

無論是動物還是植物都要區分出雄性和雌性

為什麼包括人類在內的絕大多數生物,無論是動物還是植物都要區分出雄性和雌性兩種性別都可以通過交配的方式產生後代呢?為什麼要有性別這樣的事情?

首先,性別不是生命一出現就有的,它是生命經過長期的演化而產生的,直到現在自然界中還有大量的低等生物,如細菌和藻類它們的個體之間沒有性別之分,從最初的無性繁殖到如今99%的多細胞生物都在進行有性繁殖,一定是有什麼極大的優勢,才使得生命向這個方向演化。

在性別產生之前,生命的繁殖都是通過無性繁殖產生的,它的基本形式就是細胞的分裂,從而一個生命體變成兩個生命體,這種繁殖策略的特點就是繁殖效率特別高,也更為簡單,只需要一個生命個體就能完成,相比而言,有性繁殖的個體就需要消耗時間和精力去尋找另一個個體,在吸引和追求配偶的過程中,常常會帶來許多麻煩或者也會演化出許多極端的行為。

野生的母牛發情時,眾多公牛會為了爭奪交配權難免會發生衝突,這些衝突輕則受點小傷,重則危及生命。

公孔雀為了吸引母孔雀的注意,演化出了極具欣賞價值的尾巴,但是這種華而不實的尾巴在飛行的時候就是一個障礙。

即使公牛、公孔雀找到了對象,而且它們都生了孩子在後代的基因中,只有 一半的基因來自於它們的父親,這就好比我們全身心地投入一項工作,結果換來的只是一半的結果,從這個角度來看,尋找另一半的活動看起來好像就是一種毫無效率的工作。

無性繁殖與有性繁殖的策略

一位美女向一位有才華的男子求婚,她說我們的孩子會有我的相貌和你的頭腦,那該有多好,而有才男子的回答卻讓美女哭笑不得,他說如果孩子遺傳了我的相貌和你的頭腦,那該怎麼辦呢?

沒錯,有性生殖就是這樣,不但效率不高而且還充滿著未知與不確定性,明明生命可以選擇直接的、簡單的、成本極低的無性繁殖策略,在生命的最初階段,一直使用的也是這樣的策略,那麼為什麼還要演化出有性繁殖的策略呢?

在自然界中生物周圍的環境一直在不斷變化,而環境如何變化是無法預料的,無性繁殖會使得各代個體具有相同的基因與性狀,無法預料的環境變化可能使得無性繁殖的個體無法生存下去,最終造成團滅,如果採用了有性繁殖策略,每代的基因與性狀都與其上代可能有所不同,雖然其中不能適應環境變化的個體以及它們的基因還是會被淘汰,但是由於產生了新的基因組合帶來了不同的性狀表現,還是有可能會有一部分適應環境變化的個體存活下去並通過繁殖將它們的基因繼續傳遞。

雖然採用無性繁殖策略時各代個體之間也會因為突變而造成性狀的改變,無性繁殖就好像是買了一個單注的彩票,而有性繁殖就好比買了一個彩票的組合,組合彩的中獎概率當然比單注彩票的中獎概率要高得多,而有性繁殖產生的後代中能夠產生適應環境變化的個體的概率也要大得多,由此可見,雖然有性繁殖為生命的繁衍帶來了諸多麻煩,但是好處就是能夠迅速適應環境的變化。

無性繁殖也並不是一無是處,無性繁殖的優勢就是簡單、方便、代價小,這也就是這種繁殖策略依然可以存在的原因,甚至有一些生物能夠綜合有性繁殖和無性繁殖的優勢,採用兩種方式並用的方法,例如某些酵母菌以及某些泥螺它們都是在環境適宜的時候採用無性繁殖的策略,而當環境惡劣的時候進行有性繁殖,最初的有性繁殖可能只是兩個不分大小的細胞,通過交換遺傳物質的方式彼此融合在一起進而產生下一代,這個時候還沒有精子與卵子之分,也沒有性別之分,只要是同一個物種的兩個個體都可以進行交配。

是什麼原因演化出區分性別的有性繁殖方式呢?

最初參與有性繁殖的生殖細胞沒有大小之分,後來因為突變一些細胞就開始變大,它們的後代就在生命的起始階段擁有比較多的營養成分,這種突變有利於後代,因此得到了自然選擇的青睞,生殖細胞變得更大、更富含營養物質成了一種演化趨勢,於是在今天人體最大的細胞就是女性的卵細胞大到幾乎肉眼可見的地步,然而生殖細胞變得越來越大,並不是唯一的演化趨勢,由於生殖細胞變得更大、更富含營養,那麼產生這種生殖細胞的數量就很有限,與之結合的細胞它就產生了另一種發展趨勢,那就是使得自身變得更加靈活,更加激動,這樣就可能在與其他的生殖細胞競爭與大的生殖細胞結合的過程中取得優勢,這類生殖細胞的策略就是儘可能的減少負重,輕裝上陣,只保留最重要的遺傳物質,這其中的一個典型就是人類的精子,它就像一個小蝌蚪一樣跑贏了其他的小蝌蚪,最終得到了與卵細胞結合的機會,隨著生殖細胞向變大和變小兩個趨勢發展並最終演化成了卵子和精子性別就此產生了。

圖解:生殖幹細胞

為什麼人的性別只有兩種而不是多種呢?

如果這個世界上有多於兩種性別,那麼就意味著我們可能的潛在交配對象就會更多。

比如如果只有兩種性別,那麼意味著在群體中只有50%是潛在的交配對象,而像黏液黴菌有13種性別,潛在的交配對象就佔群體數量的12/13,這也就是說性別的種類越多,那麼潛在的交配對象的比例也就越大,單個個體得到後代的機率也就越大。

在兩個生殖細胞進行結合的時候細胞核中的基因可以通過結合與重組遺傳到下一代,但是細胞質中的線粒體和葉綠素卻不能這樣做,它們不能互相結合,只能通過消滅對方的形式發動一場細胞器官的內戰,為了避免這樣的內戰比較好的策略就是一方放棄自己的細胞質只保留細胞核,另一方同時保留細胞質與細胞核。

舉例說明:

精子在與卵子結合的過程中,精子只保留細胞核,而卵子同時保留細胞質與細胞核,由於細胞質中也有少量的遺傳物質,因此我們人類的遺傳物質中50%以上是來自於母親,兩種性別一方放棄細胞質,一方傳遞細胞質。

13種性別的黏液黴菌是怎樣傳遞遺傳物質呢?

這種黏液黴菌它為了防止線粒體之間的內戰,13種性別並不是平等的而是有一種等級森嚴的制度,13種性別分別編號為1~13,編號為13的性別它的生殖細胞在與其他任何性別的生殖細胞進行組合的時候都具有保留細胞質遺傳物質的權利,而編號12性別的生殖細胞,只有在與13號性別進行有性生殖的時候才會放棄細胞質面,對11號及11號以下的性別時都會保留細胞質,以此類推,只有1號的性別它是不會遺傳細胞質中的物質的,由此可見,黏液黴菌的性別關係是非常複雜的,而且還會出現這樣的情況,當第一級別的性別它們發生突變,拒絕放棄自己的細胞質的時候就會引起新的細胞內戰,這樣高一級別的性別就會與低級別的性別同歸於盡,如此反覆性別的種類就會不斷的減少,到最後可能就只剩下兩種性別了,因此,兩性制度是以前多性制度垮臺之後的結果。

還有一種說法就是線粒體的基因特殊性造成的,由於線粒體的DNA可以被快速複製,當其發生突變的時候如果性別種類較多且無互相的排斥性,線粒體的任何一點變異就會迅速的傳播開,我們都知道突變大多數都是有害的,兩種性別可以最大程度減少有害突變對整個種群的影響,因此兩種性別,雖然使得生物在選擇伴侶的問題上受到了較大的限制,但也確實有許多好處,比如兩性制度是比較穩定的,不會帶來垮臺的結果,又比如兩性制度可以減少線粒體中有害突變的迅速傳播,減少基因變異帶來滅頂之災的可能性。

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