知识线索
我们今天讲了有性繁殖的起源。我特别讲到,有性繁殖的本质是重组。理解了这一点,你才能理解爱情是什么,婚姻是什么,教育是什么。爱情不是两个人的融合,而是重组;婚姻不是双方的合作协议,而是重组;教育不是观点的集合,而是观点的重组。
知识内容
1.五个台阶迈向爱的艺术
这一周的精读书是著名哲学家埃里希·弗洛姆(Erich Fromm)的《爱的艺术》,这本书不厚,而且是60多年前写的书了,但至今影响力不衰。本周的教学线索是从科学、社会,再到哲学。
2.麻烦的有性繁殖
今天,我们先从进化的角度讨论一下性的起源。
如果乍看上去,有性繁殖比无性繁殖要笨拙、麻烦得多。首先,有性繁殖不如无性繁殖快。无性繁殖是一个细胞分裂成两个细胞,而有性繁殖是两个细胞合成一个细胞。这一比,就能看出,有性繁殖的劣势太明显了。
其次,有性繁殖比无性繁殖更加麻烦。要是无性繁殖,就能省下来找对象、生孩子、养孩子等等麻烦事,多省心啊。我们就说开花植物吧。按说,这些开花植物长在土里,动弹不得,搞个对象多费劲啊,却偏偏要搞有性繁殖。不仅自己费劲,还连累蜜蜂、蜂鸟这些帮它们传播花粉的动物也很命苦。
有性繁殖还会带来更大的风险。我们来讲讲一种遗传病,叫镰刀型细胞贫血症。这种病会导致红细胞扭曲成僵硬的镰刀状,无法通过较细的毛细血管。为什么会有这种病呢?这就是因为孩子从父母那里遗传了一个基因的两份坏的拷贝。怪异的是,如果只有一份坏基因,反而是最好的结局。一份好基因加上一份坏基因,不仅不会让我们得上镰刀型细胞贫血症,还更不容易得疟疾。那如果两个拷贝都是好基因呢?我们得疟疾的概率就会更高。有性繁殖确实让我们的多样性提高了,但如果你恰好得到了两份坏基因呢?所以,有性繁殖反而可能带来了更大的风险。
那就奇怪了。如果有性繁殖既麻烦,又有风险,为什么最终会战胜无性繁殖呢?这个世界上还采用无性繁殖的生物很少。你能见得到的可能要属蒲公英了。蒲公英的种子飘到哪里就扎根到哪里,但能够像蒲公英这样自在的生物太少了。这个世界上绝大部分的生物,如今都是有性繁殖。
3.为什么有性繁殖会战胜无性繁殖
我再说说有性繁殖的本质是啥。从表面上来看,有性繁殖不过就是精子和卵子的融合,但真正的关键之处是重组。有性繁殖就像洗牌一样,要把来自父亲和母亲的基因组成新的组合。这意味着一个基因可能原本来自你的父亲,现在却到了母亲那边的染色体上,最后的基因顺序可能是这样的:父、父、母、母、母、父、父。这种洗牌是为了保证每个玩家摸牌的概率都一样,而且能够创造出从未有过的组合。
重组才是有性繁殖的真正核心。那么,重组为什么如此重要呢?有性繁殖为什么能够战胜无性繁殖呢?生物学家认为,这有几个主要的原因。
第一个原因是在生殖的过程中可能会出现突变,有性繁殖可以更方便地应对突变带来的不利后果。大部分的突变都是有害的,只有少数的突变才能带来有益的创新,当然,这部分少数的有益突变对进化是至关重要的。假如是无性繁殖,那么一旦出现错误的突变,这个错误的突变就会原封不动地传递到下一代,那如果每一代又都出现了一个新的错误突变呢?没办法,那到了最后,错误的突变就越来越多。就像一张作业纸上,写错了字就涂掉,然后又写错了,最后,这张作业纸就变成乌黑一团,写得啥都看不清楚了。这在进化生物学里被称作“棘轮效应”,就像带齿的轮子一样,每次转过一个齿,就转不回来了。于是,最终,坏的突变会越来越多,整个种群都会坏到无可救药的程度,最终灭绝。
相比之下,有性繁殖就更皮实,因为有性繁殖可以重组啊。打个比方说,一辆汽车的变速箱坏了,另一辆汽车的引擎坏了,有性繁殖就像一个机械工,会把还能运作的部分拼装起来,组装出一辆能跑的车。但是,你还记得我跟你讲过的“上帝的工程师”的工作方法吗?组装完这辆新车,有性繁殖还会不辞辛苦地把损坏的部分也组装起来,但组装出来的其实是一堆没用的东西。
以上讲的是有性繁殖的第一种好处,接下来我给你讲有性繁殖的第二种好处。这第二种好处是可以更好地应对环境的变化。无性繁殖不过是简单的复制,有性繁殖则会在重组之后,让子女多多少少,一定跟父母有点不一样。那为什么子女要故意和父母不一样呢?假设外部的环境会出现变化,这种差异就有好处了。这其实是一种分散风险的策略。无性繁殖就像是买一百张彩票,全部投注在一个号码上,有性繁殖则好像买了50张彩票,但每张的号码都不一样。
这种假说听起来很有道理,但也受到了挑战。如果有性繁殖是生物对环境变化的回应,那么,在高纬度、高海拔或季节性河流这样环境反复无常的地方,我们应该能找到更多的有性繁殖现象。但事实恰恰相反,在更稳定、种群密度更大的环境里,比如湖泊、海洋和热带雨林里,有性繁殖更常见。
后来,生物学家又提出了第三个理由。这种假说被称为“红皇后”假说。你还记得我在第二周的时候给你讲过爱丽丝和红皇后的故事吧。红皇后说,为了停留在原地,就得拼命地奔跑。这就是“红皇后假说”的出处。著名科普作家马特·里德利(Matt Ridley)写过一本书叫《红皇后》,讲的就是这个“红皇后假说”。
按照红皇后假说,物种的进化的动力不是来自于自然环境的变化,而是来自于其它生物的进化。如果一个物种自身的进化追不上其它生物的进化速度,那这个物种就会被淘汰掉。换句话说,一个物种要努力进化,才能维持自身在自然界的位置。生物会遇到寄生虫的挑战。寄生虫的演化速度非常快,它们每一代的生命周期很短,种群数量又大得惊人。不用很长的时间,它们就能够适应宿主的身体条件。有性繁殖的目的就是为了挡住寄生虫。你变化,我也变化,看看到底是“魔高”还是“道高”。因此,我们会看到,在生物个体密集的地方,寄生虫会更多,而有性繁殖也更普遍。