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新解:性的悖论

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生命世界有很多方面都令人惊叹,同样也出现了很多令人困惑的事情。

比如,生命之树的主要分支在物种数量上存在着巨大差异一些生物类群包含许多物种,而另一些中的物种则很少。例如,动物、植物和真菌这些类群都有超过100000个已知物种,但其他大多数类群,包括多种藻类和细菌,则只包含10000个甚至更少的物种。

此外,一个更大的谜团始终困扰着科学家,它被称为“性的悖论”。有性繁殖这种形式应该在生命进化比较早的时期就已经出现了,并且一直维持到现在,这一点在进化上非常有争议。

从进化角度看,性其实需要付出“昂贵的代价”。对有性繁殖的物种来说,只有半数个体会直接产生后代,这种繁殖方式的效率不高。有性繁殖的另一个缺点是,它确实需要两个个体来完成这件事,而且这两个个体必须恰好是合适的性别。相反,无性繁殖的每个个体都会直接产生后代,只需要单独一个个体就可以完成繁殖。自上世纪七八十年代起,进化理论研究提出了数十种假说,来解释性为什么会在进化中得以保留。

近日,发表在《英国皇家学会学报B》上的一项新研究,研究了生命之树上大量物种的有性繁殖和多细胞对生命多样性模式的影响。研究认为,这两者有助于解释不同类群在物种数量上存在差异的这种现象,同时或许还有望为“性的悖论”提供一种最直接的答案。


论文作者、亚利桑那大学生态学与进化生物学系教授约翰·韦恩斯(John Wiens)介绍,他们希望了解生命多样性背后的模式,换句话说,他们希望弄清楚,为什么大多数生物都是动物、植物和真菌。

韦恩斯和实验室的访问科学家、南京林业大学的陈炼合作。他们估计了包括细菌、原生生物、真菌、植物和动物在内的17个主要生物类群的物种增殖率

研究中最困难的部分是估计每个类群中有多少物种是多细胞的,又有多少是单细胞的,有多少物种是有性繁殖的,又有多少是无性繁殖的。五年来,陈炼共筛选了1100多篇论文,并描述了150多万个物种的繁殖方式和细胞特点。

他们意识到,有性繁殖和生物多细胞的特性实际上有助于解释动物、植物和真菌物种的快速增殖。而正是这种快速增殖的模式,为这三大类群的生物带来了丰富的多样性,使它们囊括了如今地球上90%以上的已知物种。

研究的另一个发现是,有性繁殖物种的快速增殖能力或许还能为性的悖论提供一种解释。他们或许已经找到了最直接的答案:有性繁殖的物种实际上比无性繁殖的物种增殖得更快。而这一点之前从未在大范围的研究中被发现过。

此外他们还认为,在整个生命之树中,有性繁殖和多细胞性其实密切相关,而多细胞性或许推动了有性繁殖的物种达到了如今的数量。从某种角度来说,多细胞性甚至更重要,因为研究中的一项统计分析结果暗示,多细胞性对解释这些多样性模式的重要性,可能至少是有性繁殖的两倍。

虽然单凭这项研究还不能确切地说明多细胞性为何如此重要,但此前曾有研究提出,这可能与多细胞生物体内的细胞类型多样性有关。可以这么理解,如果你只有一个单一的细胞,很难产生太多的变化。但多细胞性让生物身体里出现了不同的组织或细胞类型,这就带来了多样性。但它究竟是如何导致更迅速增殖的,则还需要更多的研究。

最后,研究人员还测试了一种特殊的情况,如果地球上大多数存活的物种都是我们尚未发现的细菌物种,结论可能会如何变化。

大多数细菌是单细胞的,采用无性繁殖的方式。但由于细菌比植物、动物和真菌古老得多,即使存在数十亿个细菌物种,它们的增殖速度也没有那么快。如此说来,多细胞性和有性繁殖仍然可以被认为是动物、植物和真菌快速增殖的原因。


接下来,研究人员希望了解有性繁殖和多细胞性是如何推动生物多样性的。

韦恩斯还对一些特殊的类群感兴趣。比如,一些生物虽然是多细胞生物,且采用有性繁殖的方式繁衍,但它们的增殖却并不快。红藻就是一个很好的例子。这些生物大多是海洋生物。科学家已经从动物身上发现,海洋生物类群的增殖速度似乎没有那么快。这一现象很值得继续探究。

#创作团队:

文字:Måka

#参考来源:

https://news.arizona.edu/story/new-research-helps-explain-diversity-life-and-paradox-sex

https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rspb.2021.1265

https://www.oxfordbibliographies.com/view/document/obo-9780199941728/obo-9780199941728-0035.xml

#图片来源

封面:Pixabay

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