彻底抛弃性行为，“纯洁”的它要怎么繁衍至今
“虫片” 图片来源：pixabay
美国的演化生物学家乔治·C.威廉斯（George C. Williams）曾说过：“性是一笔不划算的交易，是我们的祖先掉入的陷阱，然而我们现在还在陷阱里爬不出来。”为了在演化中存活，绝大部分动物似乎都选择了“低效”的有性生殖。然而近期的一项研究发现，一种甲螨或许已经保持无性生殖长达几百万年了。
撰文 | 二七
如果问“性是为了什么？”，你或许会说“为了繁衍后代”。然而性真的是繁殖必须的吗？仔细想想，为了繁衍而进行的一系列交配流程似乎都过于低效了：首先要在大千世界中找到一个交配对象，让对方认可自己，然后还要在交配行为中耗费大量能量。更过分的是，即便费了这么大劲，也只有一定概率能把自己的部分基因遗传给下一代。
然而恰恰与直觉相反，几乎没有哪种真核生物完全放弃了有性生殖。但是，有一种生物却不“循规蹈矩”。最近，发表于《美国科学院院刊》（PNAS）的一篇文章指出，一种叫新小奥甲螨（Oppiella nova）的节肢动物也许能且只能进行无性生殖，并已经持续了至少几百万年。
性的意义
性，或者说有性生殖的起源和演化，一直是生物学的热门话题，甚至达尔文也感到格外迷惑。1862年，达尔文在书中写道：“我们甚至完全不了解性征出现的原因，也不懂为什么新生命的诞生需要两种性别要素的结合，整个问题还隐藏在黑暗之中。”从那时起，生物学家就提出了各种各样的理论，试图说明“费劲”的性行为为什么会风靡生物圈。
从本质上来说，性就是交配双方重新组合基因的过程——以二倍体为例，通常情况下父母经减数分裂各自分离出一份单倍体基因，两份单倍体组合到一起产生后代。这样的后代组合了父母双方的部分遗传信息，但又和父母都不一样。
遗传学先驱奥古斯特·魏斯曼（August Weismann）曾提出一种假说，认为有性生殖有利于增加生物多样性。这一假说比较直观，可以说占据了相关讨论的主导地位，基于此还曾延伸出更多进一步的假说。另一种著名的理论被称为“穆勒的棘轮”（Muller’s ratchet），是20世纪60年代由遗传学家赫尔曼·穆勒（Hermann Muller）提出的，核心思想是有性生殖可以保护基因组免受有害突变积累带来的伤害。
穆勒的棘轮。具体来说，在有性生殖中，如果部分个体拥有有害的突变，在几代的重组和选择后，整个种群依然可以维持较低水平的有害突变。然而对于无性生殖的生物，这个过程就会严苛得多，突变基因会在后代中不断积累，一旦开始就很难恢复原先低水平的突变。 图片来源：Diego Hojsgaard and Elvira Hörandl, 2015
尽管对性的意义作出了大量猜测，研究者却很难直接证明这些理论。因此许多演化生物学家寄希望于一些拥有独特性行为的种群，希望可以窥得有性生殖的奥秘。
梅塞尔森效应
想要判断某个物种是否只进行无性生殖，或许还可以通过仔细观察来判断一二，但若想知道它在演化历史上是否也只进行无性生殖，或者何时开始无性生殖，就麻烦得多了。
20世纪80年代，著名生物学家马修·梅塞尔森（Matthew Meselson）提出，长期进行无性生殖的物种会有独特的基因组特征，这被称为“梅塞尔森效应”（Meselson effect）。这是因为有性生殖时会发生基因的重组，也就是说祖先的基因可以在后代中“彻底混合”。然而对于无性生殖来说，每个个体的基因组都只能沿着各自的家谱“孤独地”遗传下去，彼此独立地积累突变，没有那样“见面”的机会。因此，如果某个物种经历了足够长时间的无性生殖，不同个体的基因会出现显著的差异。
蛭态轮虫 视频来源：AkiraFlickr
梅塞尔森效应听起来简单又颇有道理，但令人惊讶的是，这个理论预测却只得到了一些模棱两可的实验验证。起初提出这个效应的时候，梅塞尔森正关注着一种很可能只进行无性生殖的生物——蛭态轮虫（bdelloid rotifers）。随后几年间，梅塞尔森的学生马克·韦尔奇（D. B. Mark Welch）及其他生物学家也发现，蛭态轮虫的基因组的确有明显的种内差异。然而近年更为精细的测序工作又发现，这种差异来源于旁系同源基因——蛭态轮虫的基因组中充满了大量的外来基因，正是这些外来基因的差异导致了疑似的梅塞尔森效应。其他寻找梅塞尔森效应的研究也经历了类似的曲折，在许多可能的研究目标中，有的根本没有出现明显差异，有的差异来源于杂种起源或是和蛭态轮虫一样的旁系同源基因——总之不是由于长期的无性生殖。
基因的答案
那么到底是这些动物真的没有经历足够长期的无性生殖，还是说梅塞尔森效应的理论出了问题呢？生物学家们仍然在纠结中寻找，其中就包括德国哥廷根大学的的亚历山大·布兰特（Alexander Brandt）和他的合作伙伴们。这次，他们将目光投向了“热衷于”无性生殖的一类小动物——甲螨。“甲螨是非常合适的研究对象，因为几百万年前，甲螨的许多分支独立演化出了无性生殖能力，随后又发生了广泛的辐射演化，让相邻物种间的比较分析变得很方便”，论文这样介绍道。
新小奥甲螨 图片来源：M. Maraun and K.Wehne
他们这次选择了新小奥甲螨。研究者对比了新小奥甲螨和它们“热衷于”性的“亲属”Oppiella subpectinata。对遗传物质的测序和分析显示，两者的种内基因组差异模式截然不同，新小奥甲螨同一种群内个体间的差异甚至超过了不同种群之间的差异。在基本排除其他影响因素之后，研究者激动地宣布，他们找到了证明梅塞尔森效应的显著证据，还有力说明新小奥甲螨很可能已经持续进行了上百万年的无性生殖。研究作者之一，瑞士洛桑大学的延斯·巴斯特（Jens Bast）这样表示：“这听起来可能很简单，但在实践中，梅塞尔森效应从未在动物身上得到最终证明——直到现在。”
当然，和想象中一样，想要收集并分析这种微小动物的遗传物质并不容易。“这些甲螨只有五分之一毫米大，很难识别。”巴斯特在回忆时将其称为“西西弗斯的任务”。但他们的努力最终得到了回报，“我们的结果清楚地表明，新小奥甲螨完全进行无性生殖。当想要了解失去性会给演化带来怎样的影响时，甲螨总能给我们一些惊喜。”巴斯特总结道。接下来，研究小组希望能找出是什么让新小奥甲螨逃脱了有性生殖的“陷阱”，成功存活数百万年。
顺便一提，如果有人觉得梅塞尔森这个名字熟悉，他更著名的成就是DNA的半保留复制实验，就是用15N标记的那个——这可能就是中学生物的烙印吧。
相关论文：
https://www.pnas.org/content/118/38/e2101485118#ref-23
https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2015.00082/full
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