文章图片标题

“性”是怎样开端的?从鸟类求偶和蜜蜂传粉给你讲讲演变故事

分类:新闻摘要 作者:默然 评论:0 点击: 429 次 日期:2016-07-07

一些生物体会决裂成两半,形成两个集体一些生物体会决裂成两半,形成两个集体
鸟类和蜜蜂的背后有什么样的演变故事?鸟类和蜜蜂的背后有什么样的演变故事?
雄性园丁鸟会建造精致的鸟巢来媚谄雌性雄性园丁鸟会建造精致的鸟巢来媚谄雌性

  新浪科技讯 北京时间7月6日消息,据国外媒体报道,无论是鸟类还是蜜蜂,无论是黑猩猩还是人类,这些生命的存在都离不开“性”。但是,很少有人意识到,有性滋生最初是呈现在与我们非常不一样的生物身上。那么,性是怎么开始的呢?鸟类求偶和蜜蜂传粉背后的真实故事是怎样的呢?

  有性滋生的呈现一直是令科学家迷惑的课题。今天的地球上,99%的多细胞生物——我们眼睛所能看到的众多生物体——都进行有性滋生。全部这些生物都拥有独特的有性滋生机制,但这一进程的演变包含着很多未解之谜。

  即使对于演变论之父达尔文,也同样对“性”感到困惑。他在1862年写道:“我们乃至对性特征的终极起因没有一丁点懂得;为什么新生命须要由两种性别要素的联合才能产生?整个问题还隐藏在黑暗之中。”

  很多物种是在完全确定了性角色之后,经过漫长的努力才获得交配权。雄性园丁鸟会打造精致的鸟巢以媚谄雌性;一些雌性发光昆虫的尾部能发出亮光来引诱雄性;乃至是花朵制造的香味也是吸引昆虫的妙招,后者能够将花粉传播到最近的植株上,帮助它们授粉。

  在如此眼花缭乱的多样性背后,全部的有性滋生生物都遵循相同的基础路径——同一物种的两个成员将它们的DNA联合,产生一个新的基因组。在“性”产生之前,全部的滋生都是经由无性滋生完成的,其基本方法是细胞决裂——一个生物体实实在在地决裂成两半,形成两个生物体。

  这是一个简单的“复制—决裂”机制,全部的细菌、大部分植物乃至部分植物都拥有这种机制,至少在某些时候会这么做。相比有性滋生,无性滋生愈加有效率,也更 为简单。一个无性滋生的物种不须要浪费时间和精力去寻找并媚谄配偶,它们只须要长大后再决裂成两个。对于有性滋生的物种,吸引、追求配偶的进程伴随着很多 麻烦,有时候乃至会有生命危险。

  还有其他显而易见的“性代价”。两个独立基因组的联合须要完全不同的进程——一颗卵须要和精子联合。它还意味着,每个亲代只将一半的基因通报给下一代。相比 之下,无性滋生的亲代所产生的后世本质上是本人的复制品。假如说我们的基因都自私地想要确保本人的生存,无性滋生听上去好像是更好的方法。

斑马会花时间爱抚朋友斑马会花时间爱抚朋友

  那么,当有直接路径可供选择时,为什么如此众多的物种会选择愈加漫长,愈加曲折的有性滋生策略呢?性肯定能供给某些利大于弊的演变上风。

  1886年,德国演变生物学家奥古斯特·魏斯曼(August Weismann)提出,有性滋生能对基因进行重组,创造出“集体差异”,而这正是自然选择起影响 的地方。本质上,性是同一物种的两个生物体融合各自资源的机会。它们的后世中,有一些会携带来自父母双方的有益基因,这意味着它们能更好地应对环境压力, 而这些环境压力可能会使无性滋生的物种陷入绝境。事实上,性乃至可能加快演变的节奏——当环境前提快速变更时这是显而易见的上风。

变幻不定的天气会影响演变的进程变幻不定的天气会影响演变的进程
早期地球的环境前提比如今恶劣得多早期地球的环境前提比如今恶劣得多

  在一些研究中,无性滋生的物种被诱导进行了有性滋生,研究的结果供给了终极的证据,证明了上述有性滋生的上风。原始的单细胞生物通常习惯于无性滋生,但假如环境压力变大,它们也会转变为有性滋生物种。环境压力能够是天气的细微变更,也能够是猛烈的陨石撞击。

  有性滋生的起源之所以长久以来令人迷惑不解,部分是因为我们在观察今天的世界时,会发现很多无性滋生的生物依然活跃,一些同时拥有两种滋生方法的生物好像还更偏爱无性滋生。这样的生物包括酵母、蜗牛、海星和蚜虫等。

  然而,它们其实是根据周围的环境前提来选择滋生方法——大部分只在环境压力较大时进行有性滋生,而在其余时间进行无性滋生。早期地球的环境比现在恶劣得多,环境前提经常快速变更。在这种情况下,较高的突变率可能会促使无性滋生的生物变为有性滋生。

  保留在岩石内的化石记录能够告知我们更多有关有性滋生起源的信息,但化石很零散,又很难发现,因而很难呈现确切的演变进程。密歇根州立大学的克里斯·阿达米(Chris Adami)从理论的角度剖析了这一进程。

  阿达米说明称,你能够用信息的方法来看待演变。所谓信息,就是你须要晓得的能够确保生存的东西。演变就是“信息保留和信息获取——你晓得得越多你就活得越 好”。所以,这是一个“学习”的进程。一个生物会不断“学习”到新的信息,特别是在一个变更的环境中,它再将这些信息(经由DNA)通报给下一代,帮助它们存活下来。

我们为什么须要雄性植物?我们为什么须要雄性植物?
人类与猿类有独特的先人人类与猿类有独特的先人

  性供给了一种使物种愈加容易“记住”有用信息的方法——都保留在基因编码中,从而使这一进程愈加高效。这是因为,有性滋生涉及到选择一位性朋友,后者本身经由做出正确选择而达到了性成熟状态。性意味着要选择一个好配偶,从而为你的后世选择一个更好的未来。

  “信息的获取和保持对于演变的奏效是必不可少的——记住旧的并想象未来。”这种要素的选择能够说明另一个谜题:为什么我们须要雄性?假如你的一半后世——女儿们——能够再产生后世,为什么演变还须要产生儿子呢?为什么不让全部后世都拥有滋生后世的能力?

  达尔文对雄性谜题的解答是,自然选择不是唯一在有性滋生中起影响的演变压力。还有一些事件在不断进行着,达尔文称之为“性选择”。本质上,这是指一个性别对另一性别某些特性形状的偏爱。

  发表于2015年的一项研究发现,雄性对交配权的竞争,以及雌性在这些竞争雄性之间的选择都是非常主要的。性选择经由两种性别的存在来保持种群健康并防止灭绝。性选择能帮 助保持种群中的良性基因变异。假如想要在竞争中胜出,或者要吸引异性以进行滋生,生物集体必须在大部分事件上表现良好。因而,性选择供给了一种主要、高效 的过滤手段,能够保持并改善种群的健康。

  这些发现说明了为什么性会持续成为滋生后世的主要机制。性终极决定了谁有机会将本人的基因通报给后世。性是一种广泛存在,而且非常强大的演变驱动力,但性的演变到底是怎么发生的,哪些生物是最开始进行有性滋生的呢?

  大部分理智的人都接受演变论,即人类与其他类人猿从一个独特先人演变而来,而这个独特先人又是从愈加原始的生物演变而来。这些思想能够追溯到达尔文于1871年出版的《人类的由来及性选择》。

  据我们所知,性的演变其实能够追溯到比我们的猿类先人更早的生物:一种被称为“小肢鱼”(Microbrachius dicki)的原始鱼类,其化石证据发现于苏格兰,距今已经有3.85亿年历史。“Microbrachius”的意思是“小肢”,但直到近期科学家才明白这些小肢的真正影响。在小肢上长有小吸盘,而对化石的细致剖析发现,雌性小肢鱼拥有的小吸盘能将雄性的吸盘固定住。这一发现表明,这些小肢与有性滋生有关。

  科学家还发现,这些鱼是已知最早经由体内受精进行滋生的脊椎植物,与我们人类一样。它们还是第一个呈现“两性异形”的物种,即雄性和雌性拥有不同的外形。今 天大部分鱼类是经由将卵和精子释放到体外进行滋生的。研究者还不清楚小肢鱼发展出体内受精系统的原因,但这确实是它们最常见的有性滋生方法。

  为了懂得有性滋生的真正起源,我们须要追溯到更早的时代。我们晓得,全部的有性滋生生物都来自同一个独特先人,因而经由剖析化石证据里保留的线索,我们就能晓得这一独特先人生活的年代和地点。

加拿大巴芬岛的岩石保留着有性滋生的最早证据加拿大巴芬岛的岩石保留着有性滋生的最早证据
海藻是最早进行有性滋生的生物体海藻是最早进行有性滋生的生物体

  加拿大北极地区的岩石中保留着科学家所要寻找的线索。12亿年前,这些岩石处于海洋潮间带环境中,岩石中保留的化石能够告知我们关于有性滋生最早的证据。在化石中,科学家发现了一种进行有性滋生的多细胞生物Bangiomorpha pubescens,这是最早的有性滋生化石记录。Bangiomorpha pubescens不是鱼,乃至不是植物,它是一种红藻,已知第一种有性滋生的海藻。

  这些生物进行有性滋生的证据来源于它们产生的孢子,即生殖细胞,这些细胞呈现出雄性和雌性两种形态。今天我们晓得,红藻缺少能够自由游泳的精子,它们依赖水流来运送生殖细胞。过去12亿年来它们可能都一直这么做。

  红藻是最大和最古老的藻类门类之一,拥有5000到6000个主要的多细胞海洋藻类物种,包括很多值得注意的海藻。红藻非常多样,而且在外观上与12亿年前的先人十分相似。换句话说,它们能够被称为“活化石”。它们是过去历史的遗存,提醒着我们从哪里来。

  Bangiomorpha pubescens生活在严酷而且变更无常的环境中,这可能促使它们在12亿年前演变出了有性滋生。加拿大麦吉尔大学的加仑·霍沃尔森(Galen Halverson)说明道:“就天气而论,Bangiomorpha pubescens化石呈现的时代,好像正是数亿年相对稳定环境终结的时候。我们发现了这一时代碳和氧含量的巨大变动,显示了重大的环境变更。”

  在这一时代,性对多细胞生物的成功延续和演变是至关主要的。这些化石因而也标志了生命演变中主要的突破。霍沃尔森补充道:“有性滋生、多细胞分化、氧化影响,以及全球碳循环之间的联系依然模糊不清,但很难不去假设:这些事件之间拥有紧密的联系。”

  对这些岩石的研究有助于我们懂得性演变产生的环境前提,而且必然地,我们能更进一步懂得地球上多细胞生物的起源。这不仅能告知我们过去发生的事件,以及我们来自哪里,还能为研究其他行星上的生命演变供给启示。很难想象这些海藻就是有性滋生的发起者,但正是它们在12亿年前进行的这场“演变变革”,造就了我们现在所知的生命世界。(任天)

更多内容请长按二维码关注(更有不定期发红包活动吆^0^):
致儒先生

转载自:http://tech.sina.com.cn/d/f/2016-07-06/doc-ifxtsatn8190925.shtml




声明: 除非注明,本文属( 默然 )原创,转载请保留链接: http://www.tomrrow.com/archives-7456.html