有性生殖可幫助生物不斷進化 對抗病原體

北京時間3月30日消息，據國外媒體報道，多年來，研究人員一直在試圖弄清生物為何會進化出有性生殖的繁殖形式，而非效率更高的無性生殖。如今有科學家指出，有性生殖或能幫助生物對抗致病微生物。該理論認為，有性生殖是生物為對抗疾病演化出的保護機制，並能幫助生物不斷進化、以適應病原體的變化。

有絲分裂（圖左）是一種無性生殖過程。減數分裂（圖右）則屬於有性生殖。有絲分裂產生的子細胞與母細胞完全相同，減數分裂產生的子細胞則不同於母細胞。

澳大利亞阿德萊德大學的研究人員開發了一套計算機模型，為他們的理論提供了支持。這一模型幫助他們解答了複雜生物的性能力之謎。一百多年來，這一問題一直使進化遺傳學家困惑不已。

「無形生殖是一種簡單得多的繁殖方式，」阿德萊德大學生物科學學院的高級講師、此次研究的主要作者達·席爾瓦博士（Dr da Silva）指出，「這種方式無需尋找交配對象，不受時間和能量的限制，也不必像有性生殖一樣、牽涉到錯綜複雜的遺傳物質。因此很難理解生物為何會進化出有性生殖。」

據達·席爾瓦博士介紹，幾十年前，有科學家針對性的起源問題提出了一項名叫希爾·羅伯森干涉（Hill-Robertson Interference）的理論，近年來越來越受到業界關注。該理論認為，有性生殖使生物的基因相互結合，使其在進化中佔據更大優勢。有性生殖產生的後代也可攜帶更多有益的DNA突變形式。

而在無形生殖中，對物種有利的突變基因需要彼此競爭，只有一種突變基因能夠被遺傳下去。

然而，達·席爾瓦博士認為這一「簡潔明了」的理論無法解釋為何已適應了環境、趨於穩定的物種仍會繼續採用有性生殖的繁殖形式。

「很難想像此類自然選擇行為為何還會持續下去。對於已經完成了環境適應的物種而言，大多數基因突變都是有害的。要想讓基因突變對自身有益，就需要環境在短時間內發生巨變。因此，肯定有某種強大的驅動力促使生物偏向於採用有性生殖。」

不過，達·席爾瓦博士經分析後認為，另一項名為「紅皇后假說」（Red Queen theory）的理論可以與希爾·羅伯森干涉理論相結合、解釋有性生殖存在的原因。

「紅皇后假說」認為，細菌、病毒和寄生蟲等病原體為適應人體而不斷進化，而人類為了增強對病原體的抵抗力，也需要不斷進化。這樣一來，新的基因突變就有了發揮長處的機會。

這場「進化軍備競賽」正如細菌的抗生素耐藥性問題。細菌可對抗生素做出快速適應，因此我們需要不斷尋找新型抗生素。

「上述兩種理論一直在相互競爭，科學家針對兩者分別展開了研究，但我們認為可以將它們合并起來。」達·席爾瓦博士表示，「兩種理論都無法單獨解釋有性生殖存在的原因，但若將兩者結合起來，紅皇后病原體共同進化動態假說便可提供希爾·羅伯森干涉理論中提到的不斷變化的環境，使有性生殖成為一種優勢。

研究人員利用計算機模擬提出了這一合并理論。計算機模型與實際實驗中的情況相同：當線蟲與高度致病性細菌共同進化時，有性生殖次數迅速增多。

「這項測試還不足以板上釘釘，但它說明我們的模型與目前的實驗證據是一致的。」達·席爾瓦博士指出。

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