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生物为何有性行为?专家推测是癌细胞“干的好事”

   与无性生殖相比,有性生殖面临着择偶和求偶的难题,还只能将物种只有一半的基因遗传给后代。既然如此,为什么有性生殖还会被进化而来呢?近日,一篇发布在《PLOS BIOLOGY》文章回答了这个疑问。研究人员提出了一种假说,有性生殖可以减少传染性的癌细胞的攻击,成为抵御癌细胞感染的一种关键因素。也就是说,癌细胞帮助了物种演化出了性行为。

  为什么物种要从无性生殖进化为有性生殖?这一直是进化生物学的一大谜团。许多科学家对此提出了不同的观点,其中最著名的是遗传学家Fisher和Muller提出的Fisher-Muller假说。他们认为,有性生殖能够加快基因重组,能够将出现在不同个体里的等位基因汇集在一起,创造更有利的新组合。

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  另一个著名的假说是“红皇后假说”,它由进化生物学家L. van Valen于1973年根据《爱丽丝镜中奇遇记》的故事提出。他认为,物种之间形成非常复杂的相互作用、相互依存的关系。在环境条件稳定时,一个物种的任何进化改进可能构成对其他物种的进化压力,种间关系可能推动种群进化。为了对抗病原体和寄生虫感染,必须通过有性生殖进化出具有寄生虫和病原体的抵抗力的后代。这就类似于在爱丽丝梦游仙境中,红皇后说:“你必须用力奔跑,才能使自己停留在原地。”

  基于上述的两种主流观点,法国蒙彼利埃大学进化生物学家Frédéric Thomas总结道,目前所有提出的解释有性生殖进化的假说都倾向于认为有性生殖是有益的,因为有性生殖所创造的遗传多样性提供了显著的进化优势,增强个体的种内和种间竞争能力,并减轻了环境条件持续变化的影响。

  然而,所有的有性生殖都是自发进行的,并非强制的,目前的所有的假说都无法解释为什么越来越多的生物体自发选择放弃了无性生殖。Frédéric Thomas认为,物种在进化的过程中受到了某种威胁,出于迫切的生存需求,有必要选择有性生殖,而这种生存威胁来自于传染性癌细胞。

  Frédéric Thomas解释说,从单细胞到多细胞的进化中,出现了癌细胞,这导致了多细胞生物不受控制的增殖现象。为此,早期的多细胞生物必须要进化出一种“洪荒之力”,可以防御由其它生物带来的恶性细胞或传染性癌细胞侵袭。而这种能力恰巧可以通过有性生殖来产生。

  一些现象可以支持Frédéric Thomas的假说。例如,无性生殖多存在于单细胞生物中,如细菌的二元分裂生殖。这些无性生殖的单细胞生物也很少患癌症。

  那很多植物也不是单细胞生物,为什么植物也很少患癌症呢?Frédéric Thomas解释,这可能是由于植物和动物细胞的结构、发育和生理学具有根本差异。植物细胞具有坚硬的细胞壁,可以保持严格的细胞结构,防止不受控制的细胞生长。

  与单细胞生物和植物相比,多细胞动物则更容易产生癌细胞。除了自身癌细胞外,

  许多研究已经发现,还存在一类传染性癌细胞,可以在某些动物物种内部传播,这些传染性癌细胞可以通过性行为、攻击性行为等方式传播。

  为了应对这些传染性的癌细胞,多细胞动物必须进化出一种可以识别自身和外来入侵细胞的能力,也就是进化出更加强大的免疫系统。那么这种最快的方式就是通过有性生殖加快基因重组,产生具有新功能的免疫力。

  “癌细胞可能在生物演化过程中起着重要作用,它不只是一种疾病,更是一种演化的力量。” Frédéric Thomas表示,尽管有性生殖比无性生殖所需要的资源和成本更高,但会产生低风险、高获益的生育后代,能显著降低传染性癌细胞在个体间传播的风险。

  此外,通过这个假说还可以得出一些新的推论。例如,某些既有有性生殖又有无性生殖的物种中,由无性生殖产生的个体受癌症影响的频率应该高于它们由有性生殖产生的个体,除非它们也进化出有效的抗癌防御。Frédéric Thomas表示,目前这种推论还没有科学研究支持,需要进一步的研究来检验。

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