有性繁殖被認(rèn)為是混合基因和在競(jìng)爭(zhēng)中保持自己的生存所必需的。這種理論的一個(gè)主要尷尬是被稱為輪蟲(chóng)的微觀動(dòng)物，其中一類動(dòng)物在沒(méi)有性別的情況下繁殖數(shù)百萬(wàn)年。理論說(shuō)他們應(yīng)該滅絕，但顯然他們不是。那他們是怎么做到的呢?DNA測(cè)序現(xiàn)在表明它們通過(guò)摻入來(lái)自相同或不同物種的其他輪蟲(chóng)或甚至來(lái)自真菌和細(xì)菌的基因來(lái)彌補(bǔ)它們的性別缺乏。

你會(huì)在池塘或水坑里找到輪蟲(chóng)。在顯微鏡下，它們是非?？蓯?ài)的小(小于1毫米)多線無(wú)脊椎動(dòng)物，像微小的槳式蒸汽機(jī)一樣開(kāi)車。這是一種幻覺(jué)，來(lái)自圍繞頭部的旋轉(zhuǎn)纖毛圈，驅(qū)使它們前進(jìn)，并通過(guò)它們堅(jiān)韌的小顎流淌著美味的藻類和腐爛的浮渣。

當(dāng)他們的水坑干涸時(shí)，輪蟲(chóng)會(huì)縮成看起來(lái)像褶皺桶的脫水斑點(diǎn)。他們可以保持這種方式多年，并吹到新池。它們?cè)诙潭處讉€(gè)小時(shí)內(nèi)補(bǔ)充水分，并且可以有效地修補(bǔ)它們的DNA，在干燥過(guò)程中在許多地方破碎。

這個(gè)微不足道的小動(dòng)物對(duì)于理解生物學(xué)中最古老的一個(gè)謎團(tuán)提出了一個(gè)大問(wèn)題：為什么動(dòng)物會(huì)發(fā)生性行為?

性愛(ài)為什么?性是非常低效的。動(dòng)物浪費(fèi)了大量的時(shí)間和精力來(lái)追求和保持交配。更糟糕的是，一半的人口沒(méi)有后代。

“為什么要做愛(ài)?” 150年前，查爾斯達(dá)爾文首先提出了這個(gè)問(wèn)題。從那時(shí)起，進(jìn)化遺傳學(xué)家就想知道為什么性似乎總能贏得無(wú)性繁殖的進(jìn)化競(jìng)賽。

幾十年來(lái)，許多理論都被提出并進(jìn)行了辯論。最被接受的是，通過(guò)重組親本基因組，性對(duì)于改組新的基因組合是有用的。

這使動(dòng)物能夠適應(yīng)變化的環(huán)境并殖民新的生態(tài)位。重要的是，所有這些新的基因組合都有助于動(dòng)物通過(guò)給它們一個(gè)“移動(dòng)目標(biāo)”來(lái)阻止病原體。

動(dòng)物的性別

在哺乳動(dòng)物中，有性生殖是必須的 - 我們不能生育。一些爬行動(dòng)物和青蛙物種通過(guò)孤雌生殖繁殖，其中雌性通過(guò)自身基因的組合產(chǎn)生二倍體卵。但是，未受精卵產(chǎn)生的后代不如性姐妹更適合。所以無(wú)性物種不會(huì)持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間。

許多無(wú)脊椎動(dòng)物可以通過(guò)性和無(wú)性繁殖，有些(如蚜蟲(chóng))只會(huì)偶爾沉迷于性生活，以應(yīng)對(duì)環(huán)境因素。但除了蛭形輪蟲(chóng)外，沒(méi)有一個(gè)從未發(fā)生過(guò)性行為。

自從荷蘭科學(xué)家安東尼·范·列文虎克(Antonie van Leeuwenhoek)在他新發(fā)明的顯微鏡下首次看到萵苣輪蟲(chóng)以來(lái)，數(shù)百年來(lái)，沒(méi)有人發(fā)現(xiàn)過(guò)男性。

雌性產(chǎn)卵但沒(méi)有減數(shù)分裂(產(chǎn)生精子或卵子的減少部分)，所以她的卵子都含有與她相同的基因組。

蛭形輪蟲(chóng)的基因組很奇怪。每個(gè)基因有兩個(gè)拷貝，正如你對(duì)二倍體所期望的那樣，但它們是非常不同的。這表明它們起源于6千萬(wàn)年前基因和基因組分化的兩個(gè)物種之間的雜交。

他們的同源染色體有不同的重排，所以他們不能配對(duì)減數(shù)分裂。結(jié)論是蛭形輪蟲(chóng)已經(jīng)避開(kāi)了6千萬(wàn)年的性行為。

輪蟲(chóng)的新DNA

對(duì)bdelloid輪狀基因組進(jìn)行測(cè)序產(chǎn)生了一個(gè)驚人的結(jié)果，因?yàn)榇蠹s8%的基因看起來(lái)很陌生。一些基因是典型的真菌或細(xì)菌，并賦予輪蟲(chóng)以方便的新特性，例如分解毒素或使用新的食物。輪蟲(chóng)和其他生物之間的這種“ 水平轉(zhuǎn)移 ”是古老而持續(xù)的。

外來(lái)DNA遍布輪蟲(chóng)基因組。那它是怎么到達(dá)那里的?似乎脫水會(huì)在細(xì)胞膜上形成可以吸收DNA的孔。輪蟲(chóng)在脫水動(dòng)物中修復(fù)雙鏈DNA斷裂的有效機(jī)制非常適合將外源DNA整合到基因組中。

更加特別的是來(lái)自其他輪蟲(chóng)個(gè)體或物種的DNA會(huì)發(fā)生什么。它沒(méi)有被整合到基因組中的任何地方，而是與適當(dāng)?shù)腄NA序列排列并重組。這意味著特定基因的新版本可能取代舊版本。就像性一樣。

細(xì)菌可以做到這一點(diǎn)

這種從環(huán)境中吸收和使用DNA的能力并非輪蟲(chóng)所獨(dú)有。

細(xì)菌通過(guò)裂變繁殖以制造遺傳上相同細(xì)胞的克隆。但它們可以從另一種細(xì)菌菌株中吸收DNA，將其換成常駐基因，并在野外表達(dá)變異蛋白。這種“DNA轉(zhuǎn)化”提供了基因由DNA制成的第一個(gè)證據(jù)。

DNA轉(zhuǎn)化只是細(xì)菌用來(lái)清除變異和新基因的幾種技巧之一。細(xì)菌也可以通過(guò)病毒接收少量外來(lái)細(xì)菌基因。

一些細(xì)菌可以通過(guò)管狀結(jié)構(gòu)交換長(zhǎng)DNA分子 - 甚至整個(gè)基因組。這種結(jié)合看起來(lái)最像我們認(rèn)為的性行為。

從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，有性繁殖仍然是最好的選擇 - 脊椎動(dòng)物和無(wú)脊椎動(dòng)物。

在它缺席的情況下，像小輪蟲(chóng)這樣的生物必須找到其他方法來(lái)增強(qiáng)它們的基因庫(kù)。

遺傳變異對(duì)于進(jìn)化成功至關(guān)重要，而不是偽造遺傳變異的理論，輪蟲(chóng)很好地證實(shí)了這一點(diǎn)。