为什么会有性的进化？

性的进化长期以来使生物学家感到困惑，尽管这个问题有大量理论解释，但分辨这些理论所需的数据却很缺乏。现在，科学家从一种用基因工程方法获得的、只包括性繁殖基本内容的无性酵母菌中找到了线索——

实验证实性行为有益于进化

最初在地球上，所有的生物都是进行无性繁殖的。为什么后来在生物界会发展出有性繁殖的方式？有性繁殖优于无性繁殖吗？至今生物学界尚无确切的答案。

从进化的角度看，性对于生物体本身似乎并不是一件什么好事。对于雄性来说，他们要花费大量的时间和精力去寻找和讨好配偶，或为求偶而战，弄得伤痕累累乃至有生命危险。

对于雌性来说，有性繁殖的结果使她们的基因只能有一半传给下一代，而来自雄性的另一半未必就很优秀。因此科学家一直纳闷，生物为何要费劲从事性活动呢？

19世纪，德国生物学家奥古斯特·魏斯曼（AugustWeismann）曾提出，有性繁殖有助于加快自然选择进程，方法是允许“好”基因更快地在群体中传播，同时让“坏”基因更快消失。性对物种进化有利，因此值得努力去做。尽管魏斯曼的学说被普遍接受，但是由于比较同样条件下的有性繁殖和无性繁殖的效率难以在实验室中进行，因此这一理论一直缺乏有效的检验。

显微镜下放大2 500倍的酵母菌

改造后的酵母菌担纲实验重任

2005年3月31日，英国《自然》杂志发表的一项新的研究成果，为解开作为一种繁殖策略的性的演化之谜带来了希望。这项研究的负责人是新西兰奥克兰大学生物学院的马修·戈达德（MatthewGoddard）教授。他与英国帝国理工学院的同行们合作，成功地用基因改造后的酵母进行了这项实验。

酵母菌是一种单细胞生物，它的繁殖方式有无性繁殖和有性繁殖两种。在营养条件充足的情况下，酵母菌会采取无性繁殖的方式；在营养缺乏的情况下，则采取有性繁殖的方式。戈达德小组的科学家利用基因修饰技术对酵母细胞进行改造，培养出一种丧失有性繁殖能力、只能进行无性繁殖的酵母菌。

实验发现，在生存压力不大的环境中，普通酵母和改造后的酵母生长速度相同。但如果提高温度、向培养基中加盐，使生存环境变得恶劣起来，有性繁殖的酵母就比无性繁殖的那些生长得更快。研究者认为，有性繁殖酵母会更快地重组基因，产生新变异帮助生物更快地适应新的环境。正如研究者在论文中所说：“这一实验结果证实，魏斯曼提出的有性繁殖有助于加快自然选择进程的理论是正确。”

精、卵结合图

受精卵正在第一次分裂

酵母实验新的“黄金标准”

有性繁殖让自然选择更加有效，因为它增加了遗传变异。进化生物学家一直试图找到一个简单扼要的解释：为何在适者生存这一点上，性能够发挥作用。戈达德小组使用酵母菌这种单细胞生物来验证这个结论——性使得一个物种比无性的物种更快地适应新的环境。

这是首次实验证实性行为有益于进化，专家们给予高度评价。加拿大英属哥伦比亚大学的进化生物学家莎拉·奥托（SarahOtto）说“：性的进化长期以来使生物学家感到困惑，它似乎是浪费时间和精力，还会打破有利的基因组成。那么为什么还要有性的进化呢？关于这个问题有大量理论解释，但分辨这些理论所需的数据却很缺乏，因为难以设计能将不想要的变量排除在外的实验。现在，利用一种用基因工程方法获得的、只包括性繁殖基本内容的无性酵母菌种，可将外来因素排除掉。这项研究的实验技巧是非常了不起的一个进步。我认为这可能为检验性进化的实验建立新的黄金标准。”

荷兰瓦赫宁恩大学的遗传学教授胡克斯特拉在《自然》杂志上发表的相关评论中说“，这个实验提供了一个清晰而无歧义的证据：性导致了快速适应全新的环境??这种猜测虽然存在了很长一段时间。但是现在，它有了实验的支持。”

当然，在酵母菌的研究也存在着一些不足。例如，酵母没有雄性和雌性之分。同样，尽管该实验显示了有性繁殖比无性繁殖的适应性要更快，但是实验没有涵盖其更快的原因。正如胡克斯特拉所说“：我们离有性繁殖为何如此普遍这个问题的肯定答案仍然很远。”

有性繁殖主要特色是产生变异

新的研究或许能够证实性对于适者生存上所发挥的作用。但性的起源仍然是生物学中最大的谜团之一。科学家无法确切地说出是什么导致了性的出现。在性出现之前，生物通过无性繁殖也能够很好地生存繁衍，并不需要其他同类的帮助。这样的现象在今天的植物界当中仍然常见，而且类似海绵和海葵以及扁形虫等低等动物也是无性繁殖。生物学家常说，性原本不应该发生。

不过，两种繁殖方式间的差异是很明显的：无性繁殖是传宗接代的一种便利和有效的手段，它的好处是明显的：无性繁殖不需要在其他个体的帮助下完成，繁殖能够从根本上得到保证；当一种有用的特性形成之后，它不会很快被进化的过程所稀释；后代会跟母体一模一样。

而有性繁殖使新生命形成时，产生与父、母双方均不相同的基因组合，因此，虽然有性繁殖的DNA复制效率仅为无性繁殖的一半，但由于每个新生命都获得了独一无二的基因组合（同卵多胞胎是例外），可使族群中的基因变异性增加。也就是说，有性繁殖的主要特色是产生变异，这有助于进化速度的加快。也幸亏如此，人类才得以出现。因为无性繁殖提供的是一种步伐缓慢的进化方式，全然依赖于偶然的变异来达到改变的目的，它会限制种群适应恶劣环境变化的能力。

这就像是一趟进化的“慢车”，可能永远也不会达到产生人类这一站。所以，如果从生物的角度考虑，无性繁殖会降低人种的基因变异性，从而降低人种对环境的整体适应力，这当然是一种无法承担的后果。

有性繁殖拟克服进化的“近视”

在科学界，并不是所有的人都认同“性行为有益于加速生物进化”的观点。比较有代表性的观点认为，进化是高度近视、毫无远见的机制，会淘汰掉将来可能有利、但现在有害的基因。而有性繁殖的作用恰恰会保护这些暂时“坏”的基因，以备不时之需。

这些“坏”基因是以隐性遗传的方式被保存的，假定这种基因在种群中的频度为千分之一，那么在有性繁殖中被表达的可能性就是百万分之一，很难被淘汰掉。

由此可知，有性繁殖的作用不是加快进化，恰恰是减慢进化。在实验中也可以发现，在人工选择很高的进化压力下，确实可以使物种很快进化，但是这个进化压力一旦撤销，有性繁殖物会立即发生明显的“反弹”，而无性繁殖物则没有这种现象。生物观察也表明，在复杂多变的生态环境中，有性繁殖有明显优势；而在贫瘠简单的生态环境中，无性繁殖更能适应。