大约在近40亿年前,生命首次在地球上出现,直到约12亿年前才有了有性繁殖,也就是说,在地球生命历程的70%时期里,生物都是采用无性繁殖的方式进行自我复制。事实上,无性繁殖确实有很多优点,首先,无性繁殖省去了需要寻找合适配偶这种极其复杂伤神的事,这节省了大量的资源和精力,生物可以把大量的时间用于觅食和生存竞争中。其次,无性繁殖能更好地保持物种的稳定,最大程度地减少了物种的不确定性。所以,至今还有大量的微生物坚守着无性繁殖的策略,比如数目巨大的病毒和细菌等。就目前的情况看,地球上的动物哺乳动物大概有多种,昆虫的种类是动物中最多的,比其他类动物的总和还多,但这些数量跟微生物比起来就是小巫见大巫,微生物的种类和总量都大得惊人,仅是已经命名的就有多万种,还有大量的微生物没有命名甚至没被观测到。在人类身上,细菌以及微生物的分量占到人体重量的近1/10,这些微生物担负着从食物消化吸收到细胞能量制造运输等等各个生命环节,没有微生物,我们人类一分钟也活不下去。人类虽然属于高级动物,但支撑这个高级复杂系统运作的却是众多的低级微小的生物。
对于生物来说,有性繁殖是一种极其复杂和极其不确定性的生存方式,似乎并不是一种好的生存策略,但除了微生物,地球上绝大多数可见的生物都最终选择了有性繁殖呢?也就是说,性是如何起源的呢?对此,生物学上大致有这么几种说法。
(1)伯恩斯坦(美国分子生物学家)提出的副本理论。他在研究果蝇时发现,发生基因突变或损伤的果蝇,其基因无法自行修补,也无法重新结合基因,但经过交配产生的下一代却有可能把损伤的基因修正回来,于是伯恩斯坦认为性是为了修补损伤的基因而进化出来的。遗传学认为两性机制确实是从基因修补的机制进化而来的,但是后来人们认为性绝不仅仅是为了修补基因而来。
(2)穆勒(-,美国遗传学家)的照相机理论。无性繁殖缺少物种内基因交流的渠道,将不可逆地积累不利突变,就像不断复印的档案,如果原本丢失,复印本的品质只会越来越差,交配能保证复印的原本不会丢失从而保证副本的品质。
(3)康德拉修提出与照相机完全相反的理论。无性繁殖导致的基因突变个体将走向死亡,继而突变的基因就消失了。而有性繁殖先天就带有很多突变,而突变几乎都是有害的,有性繁殖将加快这一进程,直到清除物种中可能的基因突变,也就是说性起到了清除突变的作用。
(4)布雷教区的牧师理论。在16世纪英国的布雷教区,有个牧师为了自己的教职,不断根据当政者的宗教信仰而改变自己的信仰。他先后两次皈依天主教,两次皈依新教(宗教改革时的从天主教改革而来),是典型的见风使舵的”墙头草”。该理论用此故事做比喻,认为有性繁殖的生物演化速度比较快,可以更快地适应环境的变化,从而更具有生存优势。
(5)威廉姆斯的彩券理论。该理论认为,有性繁殖最重要的结果就是产生了基因多样化的后代,基因相同的个体往往对食物、居所等有相同的需求,生存竞争加剧,而多样化的个体则会适应更广阔的生存环境。威廉姆斯认为重要的不在于后代如何优秀,而在于有性繁殖可以制造差异,产生一些难以预料的后代。
(6)贝尔的“纠缠的河岸”理论。该理论认为,无性繁殖可导致个体生存空间过于拥挤,环境资源趋于饱和,而有性繁殖可在饱和的环境中产生具有差异的后代,进而避免彼此的生存竞争。
(7)寄生虫理论。该理论认为寄生虫是有性繁殖产生的根源。所有生物体内都生活着大量的寄生虫,即各种寄生性微生物,只要有相同的生存环境,它们就能从一个寄主传播到另一个寄主身上。但是这种疯狂的扩张很可能突破寄主的防御系统而威胁到寄主的生命,所以寄主为了自我保护必须不断升级自己的防御系统,有性繁殖就是最有效的防御手段,能产生基因多样化的后代,这对寄生虫来讲便是与原寄主完全不同的生存环境。于是,寄生虫的繁殖得以抑制,它们被迫适应一个新的环境,尽力去产生不同的能突破寄主防御系统的新子代,而寄主的下一代又产生了基因变化,寄生虫又必须开始一个新的适应过程。这就像猎豹和瞪羚之间的竞争成为一场没有终结的军备竞赛。
这些理论相互支持,都有各自的道理,但越来越多的证据和实验都指向寄生虫理论才是最核心的。在有性繁殖没出现之前,寄生虫与寄主之间无法共生,它们之间要么寄主幸存下来寄生虫出局,要么两个全都完蛋,因为那些把寄主赶尽杀绝的寄生虫最后也无路可走。如此一来生命之路死气沉沉,大多时候只能原地踏步。寄生虫与寄主之间最好的局面是合作共赢,事实上,人体内寄生着种类和数量巨大的很多微生物,比如生活在细胞里为每个细胞提供能量的线粒体就来自一种原始微生物。当然微生物这样做绝不是天生就有奉献精神,而是为了获得一个稳定适宜的生存环境。微生物与寄主之间是一个很复杂、有趣、讽刺、吊诡的生态现象,微生物既是动植物的一部分,也可能要了它们的性命,既是动植物要加以防备的对象,还是它们赖以生存的基础,是动植物采取有性繁殖的最核心因素,同时寄生虫也像一把达摩克利斯之剑永远悬挂在了物种的头上,一个偶然意外就会带来灭顶之灾。单就人类来说,人类面临的最大危险不是战争和自然灾难,而是看不见摸不着的微生物。第一次世界大战四年之间,死于战祸的人数万,可接下来一场流感就夺走了相同数量的人口。在有描述的记录中,公元年的麻疹、年的天花、年的鼠疫(黑死病)、年的梅毒、年的肺结核都曾使欧洲大陆笼罩着死亡的阴影,人口剧减,一片荒芜。美洲大陆的印第安人在遭受殖民者杀戮的同时,更可怕的是殖民者带入的病毒细菌使他们遭受了灭顶之灾。肆虐全球的疟疾、登革热、禽流感、艾滋病、Sars病毒曾夺走了无数人的生命。年的新冠病毒曾使世界各地的人类活动处于停摆模式,在严格的现代防护技术条件下还是造成了十几亿人的感染和近千万人的死亡,疫苗研制速度远远不及新冠病毒变异的速度,几年后也看不到疫情消停的迹象。寄生物和宿主之间斗智斗勇,开展一场看不见的生死竞赛,这些重大事件都凸显着寄生虫的巨大力量。
为了验证寄生虫理论,汉密尔顿还联合他人建立了无性繁殖和有性繁殖的进化比较电脑模型,并在电脑实验室里证实了寄生虫理论的有效性。他们在电脑中创造一种类似人类的生物,这种生物具有人类的生物特征,比如14岁开始生育,持续到35岁左右每年生育一个子代等等。实验中让其中一部分进行有性繁殖,另一部分进行无性繁殖,期间个体死亡都是随机的。每次启动电脑程序,没多久有性繁殖的部分都遭遇了灭种的命运。证明在没有寄生物的情况下,有性繁殖并没有任何优势。后来,他们在其中引进几种寄生物,每种只。寄生物的威力取决于他们的”毒性基因”,而毒性基因对应宿主的”抵抗基因”,规则是每一代抵抗力最弱的宿主和毒性最低的寄生物都加以淘汰。这个时候无性繁殖部分就不再具有生存优势了,经常获胜的是有性繁殖,并且随着毒性基因和抵抗基因的数目增多,有性繁殖获胜的机会就更多。后来,美国生物学家赖夫利在新西兰的泥螺身上找到了几乎是这种电脑模型的现实版模型,从而在现实中证实了寄生虫理论。而且现实中也有很多案例发生。比如,人类的镰型基因的产生就是为对抗疟原虫的侵害(疟疾)而产生出来的,携带这种镰型基因的人群可以阻击疟原虫的侵害,但是,也可能患上镰刀型细胞贫血症的遗传性疾病。这种为了克服某种缺陷进化出来的基因变异,往往又会带来另一种的缺陷,这种现象在动物界大量存在,比如增加人体的储糖能力本是人类为了应对食物短缺有效手段,这项机能在食物供应得不到保证的采集狩猎时代具有极强的生存优势,但是,在食物过剩的今天,这种机能却导致很多人血糖过高,成为所谓的糖尿病患者。镰型基因的例子说明寄生虫与人体防御系统之间存在着复杂而紧密的博弈关系。
总之,性是生命摸索出的一条充满不确定性、挑战和机会并存的一条崭新的生存发展之路,毫无疑问,生命因此创造出了一个丰富多彩、绚烂无比的生物世界,使我们这个原本寂寥无边的星球充满了丰富多彩的生命现象,迸发出无穷无尽的生命力量。