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 科学专题:生物性别演化的基元


http://www.sciencehuman.com   科学人  网站 2005-12-19

  

    在近日《北京科技报》中有一篇《人为何分出了男女两性》的文章,该文介绍了一个观点,即是将生物性别的演化说成是细胞“灵性意志”的结果,如文章中就有如下这样的说法:

    “......近年有人提出了一种比较合理的解释,认为这是基因组“争斗”的进化妥协结果。

    基于在一般的有性生殖中,都有通过不同性别的生殖细胞融合,重新组合起成为一个整体,来源于不同细胞的线粒体基因组或叶绿体基因组为了各自的利益、为了更多地复制,就有可能会产生一些可以“消灭”来自另一个细胞的线粒体或叶绿体的变异。这种细胞器官的“互相残杀”将会导致整个细胞的灾难。为了使有性生殖能顺利进行,生物进化必须产生出一种能避免发生细胞内“战争”的方式。最简单的解决办法就是形成只有两种性别的有性生殖体系,其中一种性别放弃把细胞质的遗传物质传给下一代的机会,而另一种性别则享有把细胞质的遗传物质传给下一代的权利。

    我们是不同意这种说法的。

    我们研究性别演化许多年,发现性别演化与地球自身的运动以及天体导致灾变等因素密切相关。地球有限的资源决定了物种进化的模式,也决定了繁殖的模式。繁殖模式的进化完全是生物自身演化的结果。假如地球资源无限,那么生命的繁殖方式应该是极其简单的,不会因为需要争夺资源而提高他们物种的生存能力。遗传只是地球大系统环境下生物之间的生存表现形式。

    比如说,地球有昼夜之分,有春夏秋冬四季之分,为什么生物群落也随四季而兴衰涨落呢?为什么绝大多数高级一点的生物都会选择季节来繁殖呢?为什么许多生物会长距离迁徙呢?这就说明,地球大系统首先会对生物繁殖和演化进行限制。

    生物繁殖中具有决定意义的减数分裂也同样是如此的情况。是什么导致减数分裂了?是如何进化到生殖中有减数分裂这一步的?又是何种条件下形成的呢?虽然这是一个难解之谜,但我们确信找到了这个难解之谜的答案。

    我们的研究认为,生殖细胞减数分裂还是与地球大环境的选择性有关系。这可能与地球在外天体(比如彗星)撞击下长时间形成了一种非常稳定的环境有关系。比如偏碱性,大气或者水环境中某种物质含量超标,影响到了细胞的繁殖,特别是在染色体分裂中导致染色体不能正常复制,从而形成只有进行减数分裂的细胞通过再次融合的方式才能达到物种繁殖。

    我们认为,早期的地球是偏酸性的,而不是偏碱性的。这一点还没有被人们所认识到。这也是决定生物繁殖最为重要的因素之一。其次,某些金属离子和物质的突发性过量也是导致染色体复制不能稳定的因素。

    在酸性环境中,诸如酵母菌等能够很好地生长,它们的繁殖也是最为简单原始的。但是在碱性条件下,这一类的生物繁殖就不是很好了。地球早期阶段,最为大量的可能是酸性环境下生长良好的生物个体,当然,这些生物体绝大部分都已经消失了。生命的真正演化,可能起始于一次彗星撞击地球,这颗彗星所拥有的大量碱性物质改变了地球环境,使地球表面从酸性环境跳跃性跃迁到了碱性环境。我们认为,这样的彗星中应该存在大量的含钙、钠等碱性物。他们来到地球不仅增加了盐度,而且还大大改善了地球的酸碱性水环境。所以,现代的海洋依旧是略呈碱性的。

    由于这次碰撞发生得很早,以至于生物性别演化发展到高级阶段而呈现出了模糊不清的情况。我们研究了大量的酸性条件下生物的种类,我们发现他们一般都是很原始类型。细胞分化也都非常原始。我们也发现一些从酸性环境到碱性环境过渡的生物种类,它们的演化和繁殖方式就高级许多。比如真菌一类,它们的环境就是有些变化的,它们的繁殖和演化方式也非常有趣。又比如说蕨类物质,它们所需要的条件也是非常有趣的。有些物种为了生存甚至自己会制造出适宜的酸碱性小环境。我们的实验告诉我们,酸碱性是影响生物演化和繁殖方式最为重要的外在条件。

    当然,地球早期就是在遭受天外小天体撞击以后,其地壳本身也是存在酸碱性分布不均衡的问题。正是这种不均衡性,也使得地球得以保存下不同酸碱条件下的生物物种。

    也许有人要问,那么雄雌两性又是怎么形成的呢?这当然还是与酸碱性有密切关系。在细胞分裂中,由于地球环境中气候的影响,尤其是夏季雨水的变化,导致有些地区酸碱性在一年中许多次变化,这就导致了环境尤其是生物所依赖的水环境或碱性或酸性的往复跳跃,这种跳跃就使得生物必须适应酸碱水环境的变迁,由此也就形成了适应酸碱性环境的两套细胞组合,这就是雄雌生殖细胞的产生和演化过程。至今,我们发现一些生物繁殖中子一代雄雌数量都会与酸碱性环境有极大的关联性。哺乳动物中似乎也有这样的情况。这种现象是非常有趣的,我们的研究也正在继续进行。

    生物的性别演化是一个非常古老的疑迷,又是极其重大的科学课题。很可能,我们的研究和发现更加接近生物性别演化的真实。

    [北京鼎正环保技术开发有限公司 生命环境实验室 供稿 2005年12月19日]

 

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  既然只有两种性别降低了物种延续的概率,那生物为什么大多只有两种性别呢?近年有人提出了一种比较合理的解释,认为这是基因组“争斗”的进化妥协结果。

  基于在一般的有性生殖中,都有通过不同性别的生殖细胞融合,重新组合起成为一个整体,来源于不同细胞的线粒体基因组或叶绿体基因组为了各自的利益、为了更多地复制,就有可能会产生一些可以“消灭”来自另一个细胞的线粒体或叶绿体的变异。这种细胞器官的“互相残杀”将会导致整个细胞的灾难。为了使有性生殖能顺利进行,生物进化必须产生出一种能避免发生细胞内“战争”的方式。最简单的解决办法就是形成只有两种性别的有性生殖体系,其中一种性别放弃把细胞质的遗传物质传给下一代的机会,而另一种性别则享有把细胞质的遗传物质传给下一代的权利。

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  再后来,在同体受精的生物基础上,发展成了雌雄同体,但是异体受精。这又是一个进步。但这个还不是彻底的雌雄分离。

  实现彻底的雌雄分离是非常困难的,在进化的历程中还在完善,至今没有停止。雌雄分离首先得分开,哪些是雌性,哪些是雄性。分开之后,还得保证它们像同一个个体一样能非常亲密地结合,并产生子代。雌雄个体可以通过基因来分配,在多染色体个体中,总有染色体是控制着性别的。那么,当染色体分配不同时,就可以产生两种性别了。

  雌雄分离以后也有一些还保持着原始繁殖的迹象,比如有些鱼的性别是不定的,随着环境的变化而变化性别。红海中生活的红鲷鱼以20条左右为一群,其中,只有一条雄鱼,其余的全都是雌鱼。一旦这条雄鱼死去,在剩余的雌鱼中,身体最强壮的一尾便发生体态变化,鳍逐渐变小,体色变艳,内部器官也随之发生变化,成为彻头彻尾的雄鱼。

  [北京科技报]

 

  

  

 

 

 

 

 

   

 

 

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