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进化的逻辑︱线粒体假说:为什么我们不是雌雄同体呢?

常驻编辑 居家生活 2022-09-13 线粒体   雌雄同体   假说   逻辑

许多看似平常的现象,其实有着复杂的进化逻辑。比如,人类为什么会有男人和女人两种性别,为什么我们不是雌雄同体呢?GlF拜客生活常识网

这似乎是一个奇怪的问题,但客观而言,雌雄同体确实“方便”。假设大家都是雌雄同体,彼此可以轻松达成合作协议:你让我受精,我也让你受精。你给我生一个孩子,我也给你生一个孩子。公平公正、合理合法,省去了多少讨价还价的口舌,必定可以大大提高生育效率,大家何乐而不为呢?GlF拜客生活常识网

这绝非毫无依据的无稽之谈,要知道雌雄同体在生物界非常普遍,现存80%的被子植物都是雌雄同体——既可以产生精子,也可以产生卵子,在植物那里称为花粉和花药。低等动物雌雄同体现象也是随处可见,比如蚯蚓和蜗牛等,全部配置了雌雄两性器官,可以在需要时进行自我交配。部分脊椎动物也有雌雄同体现象,其中以鱼类的表现最为抢眼,有的鱼类甚至可以在两种性别之间来回切换,比如金鲷可以从雄性转为雌性,剑尾鱼可以从雌性转为雄性。GlF拜客生活常识网

鸟类和哺乳动物情况则有所不同,它们属于恒温动物,很少出现雌雄同体现象。偶尔的基因变异可能导致雌雄同体,但并不足以改变总体格局。人类之所以分为男女两性,就是继承了哺乳动物的雌雄分化策略。造成这一现象的根源,可能与许多因素有关,其中有一种观点认为,线粒体在其中起到了关键作用。GlF拜客生活常识网

众所周知,在受精过程中,只有精子头部才能进入卵细胞,尾巴被丢在了外面,与尾巴一道丢掉的,还有精子的线粒体。这对于细胞核来说可能不算什么,但对线粒体基因来说,却等于遭到了无情的抛弃。GlF拜客生活常识网

线粒体就像是寄生在细胞体内的微生物,有着自己的基因和代谢系统,主要负责为细胞提供能量,被称为细胞发动机。从自私的基因的角度来看,线粒体也想把基因传递下去,它们有理由对自己的命运表示不满。GlF拜客生活常识网

线粒体的麻烦在于,它们的遗传利益似乎与自身的任务相抵触。线粒体在为细胞制造能量时,就像火力发电场一样,生产过程充满了各种危险,导致线粒体内部遍布电子和氧自由基,稍有闪失就会对基因造成严重的伤害,所以线粒体基因的突变率非常高。GlF拜客生活常识网

自由基不但会对线粒体造成伤害,而且经常发生泄露,祸及细胞质与细胞核,成为机体衰老的罪魁祸首。当陈旧的机体不再适合继续居住时,细胞核内的基因就会设法逃离,逃离的方式就是有性生殖。它们需要重建新的机体,并在其中安顿下来,自我更新之后,再耐心等待下一次逃离的机会。GlF拜客生活常识网

这就是另一个用于解释有性生殖的假说——线粒体假说GlF拜客生活常识网

问题在于,当细胞核基因逃离机体时,精子中的线粒体基因却受到了不公正对待,意外成为推动雌雄分化的重要动力,直到推动人类彻底告别雌雄同体策略。GlF拜客生活常识网

逻辑是这样的。GlF拜客生活常识网

在雌雄同体的生物体内,生殖细胞有可能变成精子,也有可能变成卵子。对于细胞核基因而言,两者区别不大。但对于线粒体基因而言,前途却截然不同。精子细胞中的线粒体基因根本没有机会向下传递,变成精子就等于走进了死胡同。只有在卵子细胞中,线粒体基因才有希望。为此线粒体基因会想尽一切办法阻止细胞变成精子——阻止生成精子相关的基因,因而也被形象地称为雄性杀手基因。GlF拜客生活常识网

雄性杀手基因明显符合线粒体的利益,但却不符合细胞核的利益。核基因更渴望成为精子,那样可以让更多的卵子受精,获取更多的生殖回报。如此一来,核基因与雄性杀手基因就出现了直接冲突。为了确保生殖大业,核基因必须镇压雄性杀手基因,镇压方式就是抑制其活性,并因此影响了线粒体的产能效率,导致雌雄同体的动物体型一般都比较小。GlF拜客生活常识网

明白了这个逻辑,就能明白为什么恒温动物都已完成了雌雄分化,因为雌雄同体的动物产能效率太低,很难发展出恒温性状。只有雌雄分化之后,核基因解除对线粒体的限制,才能为机体提供充足的能量,维持恒定的体温。GlF拜客生活常识网

雌雄分化具有自我强化倾向。因为在单独的雄性体内,保留雄性杀手基因等于自杀;而在单独的雌性体内,雄性杀手基因的目标已经消失,因此也失去了存在的价值。雌雄分化就会越来越彻底,越来越纯粹,结果就是雄性是雄性、雌性是雌性。GlF拜客生活常识网

下面我们以老鼠为例来理解这个问题。GlF拜客生活常识网

假设有一群雌雄同体的老鼠,只要某个老鼠体内出现了雄性杀手基因,无法再制造精子,就可以节省大量物质和能量用于制造卵子,生育更多的后代。而在它的所有后代体内,都携带着雄性杀手基因。由此造成的结果是,不久整个群体要么是雌雄同体,要么是单独的雌性,绝不会出现单独的雄性。

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