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动物为什么要进化出两性?持续20年的实验,给出清楚的答案

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动物为什么要进化出两性?对此,科学家提出了多种解释,其中有一种认同度相对较高的理论被称为“穆勒棘轮”(Muller's Ratchet)。

这个理论由遗传学家赫尔曼·穆勒于上世纪60年代提出,他指出,生物在代代繁衍的过程中,每一代都有可能产生对自身有害的基因突变。



在有性繁殖中,基因是通过减数分裂传给下一代的,而减数分裂过程中会发生同源重组,来自父方和母方的遗传信息在每次繁殖时都会重新组合,在此过程中,有害的基因突变就会在后代中被稀释,而在漫长的进化中,带有过多有害突变的个体往往生存能力较低,于是有害突变就会被逐渐淘汰出基因库。

而无性繁殖却没有这样的机制,在其代代繁衍的过程中,基因组里的有害突变只会越来越多,永远不会减少(就像只能向前转不能倒着转的棘轮一样),久而久之,其后代的生存能力就会越来越低,并最终走向灭绝。

可以看到,这个理论还是很合理的,但问题是,实际情况是不是真是这样呢?实际上,对于这个问题,一个持续了20年的实验,已经给出清楚的答案,那就是:确实是这样的。下面我们就来看看这具体是怎么回事。



这个实验来自山梨大学的一个研究团队,根据该团队近日发表在《自然·通讯》上的研究,其研究内容简单来讲就是,利用克隆技术让一只小鼠通过无性繁殖的方式进行代代繁衍,看看它们的后代到底会演化成什么样子。

其操作方法大概是这样的,从供体动物身上取出一个普通细胞(比如体细胞),然后将细胞里承载着遗传信息的细胞核取出来,接下来再找一个卵子,把卵子自己的细胞核掏空,然后把供体的细胞核塞进去,最后再用电刺激或者化学方法激活将其激活,让它开始像受精卵一样分裂发育。

2005年,该研究团队通过这种方法克隆了一只雌性小鼠,作为整个实验的始祖,当这只克隆鼠长到三个月大时,再次克隆它,得到下一代,下一代长到三个月,再克隆,得到再下一代……就这样循环往复,每年通过无性繁殖产生三到四个新世代。



根据研究人员的介绍,整个实验持续了20年,期间进行了超过30000次克隆尝试,成功诞生了1200多只小鼠。

实验开始的头几年,情况相当乐观,甚至克隆成功率还呈现出稳步上升的趋势,高峰时达到了15%以上,而且这些小鼠看起来很健康,这使得研究人员认为,动物或许真的可以被无限克隆下去。

然而随着时间的流逝,情况却开始出现变化,研究人员发现,在第25代的时候,克隆成功率开始下滑,其基因组里开始积累越来越多的有害突变,甚至出现了X染色体缺失的情况。



令人惊讶的是,即使基因组里存在着很多有害突变,这些小鼠依然可以正常生活,看起来和健康小鼠没什么两样,这说明了动物对基因突变的容忍能力,远比我们想象的要强。

然而“可以正常生活”和“能不能继续繁殖”是两回事。

在接下来的日子里,随着小鼠代数增加,其克隆成功率仍然在持续走低,在第57代的时候,已经低至0.6%,而到了第58代,所有小鼠都在出生后很快就死亡了,根本就无法继续繁殖后代,于是在2025年的时候,这场实验也就戛然而止。



值得一提的是,这场实验还有另一个重要发现。

在研究工作中,研究人员将第20代、第50代和第55代的克隆鼠(雌性)分别和正常雄性小鼠交配,看看它们的后代是否健康。

结果表明,第20代克隆鼠的后代窝仔数和正常小鼠大致相当,并且也很健康,而第50代和第55代克隆鼠的后代窝仔数却明显减少。

但引人注目的是,当第50代和第55代克隆鼠的后代再与正常小鼠交配之后,其产下后代的窝仔数和健康状况又逐渐恢复到了正常水平。



可以看到,通过这个实验,我们可以直观地了解到动物为什么要进化出两性,毕竟只有这样,才能够让种群的基因库更好地保持活力,清除掉有害突变的积累,进而让物种能够在漫长的时间里延续下去。

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