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為什麼有男女之分?生物為什麼分雌雄?人類追求多樣性而免於滅絕

什麼是性?這是每個人都在思考的問題。大多數生物都有雄性和雌性,人類進行“有性生殖”,透過結合卵子和精子來產生孩子和後代。

有兩種繁殖方式:有性繁殖和無性繁殖。無性繁殖是一種透過創造自己的另一個自我進行繁殖的方法,即所謂的“克隆”。無性繁殖在進化歷史上相對古老的生物中很常見,例如變形蟲、眼蟲、草履蟲、海葵、水母、昆蟲和蟎蟲。另一方面,在包括人類在內的脊椎動物中,很少見到“無性繁殖”。

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至少我們在日常生活中看到的生物一般都是有性繁殖的,不管是植物還是動物。但是仔細一想,你難道不奇怪為什麼會有男女之分嗎?

如果您只考慮簡單地增加,無性繁殖會更有效。雄性不需要存在,它可以透過分裂自己或用自己的基因複製產卵來繁殖。雖然繁殖的效率是最好的,但由於同一個基因組被重複複製,增加的個體之間沒有突變,環境穩定的話是沒有問題的,但是如果環境惡化了,比如水質差、氣溫高、食物匱乏,所有的個體都無法適應,那麼他們將一起死亡,走向滅絕。 。

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原始生物是“無性別的”

回顧地球的歷史,人們認為無性繁殖在生命之初占主導地位。然而,每當全球環境發生變化時,無法適應的無性繁殖生物就會滅絕,而需要時間和努力適應的有性繁殖生物,卻能存活下來。在那段歷史中,人們認為有性的生物逐漸成為高等生物。

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最初,性行為的最終原因是交換基因以增加多樣性。

如果無性繁殖=克隆繁殖,則沒有多樣性,因為只有具有相同基因複製的個體。因此,它們很有可能無法承受環境變化而滅亡。當然,即使是無性繁殖的生物,也會因為基因突變而獲得新的基因突變,也就是DNA複製錯誤。但是頻率極低,跟不上突然的環境變化。

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在這種情況下,生物體設計的策略是“有性生殖”,其中個體相互交換他們擁有的基因以創造一個新的基因組。在這裡,“紅皇后假說”作為有性生殖的進化原理而出現。這就是“生物必須不斷進化”的假設。

劉易斯·卡羅爾的

愛麗絲鏡中奇遇記

中,

紅皇后對愛麗絲說的話:“在我們這兒,要保持原地不動,你得跑得飛快。”

紅皇后竭盡全力保持原地不動。這類似於生物體如何繼續變化,以保持其在不斷變化的自然環境中的位置。

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生物的誕生真是一連串的奇蹟

生物是如何起源的?根據最新的研究資料,生物的誕生據說是一系列奇蹟的結果。4,550,000,000 年前,當一顆火星大小的恆星與年輕的地球相撞時,發生了一場災難性事件。這次碰撞撕裂了地球的一部分,形成了一顆在太空中凝固並繞地球執行的衛星,這是月亮的誕生。因碰撞而變成一團團灼熱岩漿的地球和月球,逐漸冷卻,水汽如雨點般灑落地球,43億到40億年前的海洋誕生了。其間,無數隕石不斷降落在地球上,作為生命原料的氨基酸等有機物質也隨著隕石被帶入了海洋。

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那時,月球的軌道比現在更接近地球,它的引力導致海洋劇烈波動,在這種波浪運動中,溶解在海中的分子相互結合,產生一種叫做“核酸”的物質,它是基因(DNA)的基礎。然後,在無數的“氣泡”中,由於大浪不斷地沿著水邊漂流,這種叫做核酸的物質被吸入並濃縮,核酸被連成一條鏈,從而意外合成了脫氧核糖核酸。這種DNA是具有自我複製能力的物質,已成為生命的“核心”。

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最初的生命是一個簡單的單位,只是在細胞膜上覆制了一份 DNA,但沒過多久,一個從 DNA 資訊中合成蛋白質的系統就誕生了。至此,細胞生長競爭開始了。這就是留下副本多者獲勝的“生物基本原理”的出現。準確地說,DNA之間的增殖競爭始於DNA誕生之時。然而,隨著單細胞生物的誕生,基因之間的競爭被生物之間的競爭所取代。

即使被稱為“競爭”,也並不意味著基因和細胞會因為它們的意圖而開始增加。在有限的資源中,第一個繁殖和消耗資源的才能生存,而DNA本身的化學反應,重複複製。

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最終,單細胞生物結合在一起,產生了多細胞生物,多細胞生物反覆轉變為結構更復雜的生物。單細胞生物和多細胞生物最初都是無性繁殖的,即透過自身複製繁殖。

對抗寄生蟲病毒

但這就是事情開始出錯的地方。隨著生物體變得越來越複雜,附著在細胞上並試圖獲取能量的寄生蟲也在進化,這些是病毒和細菌。作為宿主,如果吸收了能量,自然繁殖效率就會降低。因此,宿主細胞有機體以不能吸收能量的方式進化。

例如,我們試圖使細胞外殼變硬以使寄生蟲難以入侵,或產生免疫力以建立抵抗力。而寄生蟲也改變自己的結構來突破它,一場進化的貓鼠遊戲從宿主開始。這被稱為軍備競賽協同進化。

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那個時候,DNA結構簡單,新的寄生方式層出不窮,宿主跟不上進化。

對於宿主來說,寄生蟲的快速進化意味著環境的巨大變化,影響了自身副本的生存。宿主生物為應對這種不斷變化的環境變化而設計的策略是一種劃時代的“宿主之間的基因交換”,即有性生殖。透過增加宿主種群內的遺傳多樣性,這種方法防止了寄生蟲的傳播,並增加了每個宿主生物後代的存活機率。

然而,當有性生殖出現時,男性和女性還沒有存在。例如草履蟲這種單細胞生物,正常情況下是無性繁殖的,但經過一定程度的重複細胞分裂後,它會與其他個體結合(所謂的聚結)並相互交換基因。這種結合被認為是有性生殖的前兆。

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草履蟲不區分雄性和雌性,並在具有不同基因的細胞之間進行。交配後,分離的草履蟲透過細胞分裂重複克隆繁殖。

當涉及到多細胞生物時,很難以草履蟲等簡單的細胞連線形式交換基因。因此,我們進化出一種生殖模式,在這種模式下,在體內產生具有自身基因組一半的生殖細胞,並與其他個體的生殖細胞結合,產生具有新基因組的後代。精子和卵子的結合就是受精。

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“男女”之差誕生的原因

但是這裡又出現了一個問題。為什麼精子和卵子這兩個生殖細胞會進化?這就是性別分化的根源。隨著生物體變得越來越複雜和先進,生長需要更長的時間。胚胎髮育是配子交配、開始細胞分裂併成長為個體的過程。營養是胚胎髮育所必需的。由於環境的影響,從外界吸收養分會增加生長失敗的風險。然後,卵子進化為配子,為胚胎儲存營養以成為個體。

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另一方面,隨著卵子積累養分,個體長大,難以增加產量。換句話說,一次可以生產的數量是有限的。數字越低,配子相遇的可能性就越小。因此,透過減少有限數量的卵子的大小,可以大量生產的配子進化,這是精子的進化。此外,這些小配子現在具有運動能力,以增加遇到大而難以移動的卵的可能性。

這樣,兩種配子,卵子和精子就誕生了,雌性和雄性作為專門生產每種型別的個體而誕生。隨著生物體的進化和變得越來越複雜,雌性和雄性之間的形態和功能差異越來越大。這被稱為性別二態性。

在高等動物中,由於功能限制,雌性和雄性之間的分化進展迅速。在人類中,婦女生孩子,男人打獵,隨著每個角色變得更加專業化,女性和男性之間的體質差異也越來越大。

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