生物催化剂论文：生物进化的_催化剂_性别

封 面 故 事 8 生命世界 生物进化的“催化剂” —— 性别 □ 撰文 / 侯继业 盘古用大斧开辟了天地，用身 躯造出日月星辰、山川草木。残留在 天地间的浊气慢慢化作虫鱼鸟兽，这 死寂的世界立刻有了生气。女娲按照 自己的模样捏了好多小泥人，并且按 上了双腿，然后向这些泥人分别注 入阴阳二气。那些身上被注入阳气的 泥人变成了男人，而注入阴气的泥人 变成了女人。这是中国创世神话中男 女性别的由来，是远古人们对人类以 及性别起源的想象。 随着科学技术的发展，人类走 出原始的蒙昧，在探索性别奥秘之 路上有了更多的发现。 从无性到有性 大约36亿多年前，地球上出现 了生命。生命与非生命物质有一个根 本区别就是生命具有繁殖新个体的 本领。 在最初的生命形式中，是没有 雌雄两性的，它们遵从无性生殖的 方式，也就是由生物个体的营养细 胞或营养体的一部分直接产生或者 通过产生孢子而生成子代个体。其 主要特征就是，不需要通过遗传物 质的交换与重组，子代和亲代的遗 传信息是相同的。在这种情况下，可 以较好地传递和保持遗传信息，子 代不需要经过胚胎发育的阶段，周 期比较短。 不过简单的原核生物在某种情 况下还可以看到与性有关的现象。 性因子简称F因子，与大肠杆菌的有 性生殖有关。大肠杆菌有F+ 和F-两 种性别。F+或称供体菌（相当于雄 性），F-或称受体菌（相当于雌性）。 雄性菌通过性菌毛将遗传物质传递 绘图 / 桑新华 生命世界 9 给雌性菌，使其具有某些新性状。 抗生素失灵的“真凶”就是这种细菌 的“性”行为，使细菌对抗生素产生 了新的抗药性。 随着生命的进化，有性生殖产 生并逐渐成为生物界繁殖的主要方 式，其特征是亲代产生不同的配子 （染色体减半），异性配子结合成为 合子（恢复正常染色体数目），由合子 发育成为子代个体。有性生殖方式 具有进化上的优势，通过遗传重组 可以赋予后代更丰富的遗传多样性， 能够促进有利突变在种群中的整合 与传播，增加子代适应自然选择的 能力，有利于种群的繁衍。在现存的 生物物种中，绝大多数能够进行有 性生殖。而与此相伴的性别分化也 让我们的世界更加丰富多彩。 性别与性别角色 在整个生物界，大多数生物都 有性别。一般情况下，一个物种会有 两种性别：雄性和雌性。性别的分化 表现包括内在的和外在的两个方面。 内在的性状主要表现在生殖器官上， 而外在性状是在内在性状的基础上 衍生出的。在一些雌雄同体的物种 中，只有性器官的分化，如蚯蚓、一 些植物等。在雌雄异体的（个体的性 别分化）物种中，植物雌雄间的差异 多表现在花器上，其他不太明显；相 比较而言，动物雌雄间的差异就非 常明显了，比如个体大小的差异，男 性的胡须、喉结，女性的乳房，公鸡 的漂亮羽毛，孔雀的屏状尾巴等。 作为生物进化树顶端的人类， 我们的性别也分为两类，一类是具 有雄性特征的男性，一类是具有雌 性特征的女性。 按照视角的不同，我们人类的 性别大体可以分出6个层次。它们分 别是：基因性别、染色体性别、性腺 性别、生殖器性别、心理性别和社会 性别。 基因性别其实就是把某些基因 的有无作为判定男女性别的依据。 现代医学大多把SRY基因作为性别 确定基因，那些具有SRY基因的一 般会发育成男性，不具有SRY基因的 则会发育成女性。按照染色体性别 的定义，如果性染色体为XY型的被 认定为男性，染色体XX型的则为女 性。至于性腺性别，就是根据一个人 的性腺是睾丸组织还是卵巢组织来 判断，性腺是睾丸组织的被判断为 男性，性腺为卵巢组织的被判断为 女性。生殖器性别就是我们通常意 义上所理解的性别，根据一个人的 外生殖器来判断。心理性别是指一 个人对自己性别的认同。如根据生理 性别被判定为男性或女性的人是不 是认同自己既有的性别。一般认为， 性别认定自2岁开始形成，3－5岁基 本完成。社会性别就是一个人在社 会生活中的性别符号。我们身份证 上面所写的性别就是这里所说的社 会性别。 图为可分“公母” 的库尔勒香梨。植物界 的这种分“公母”现象 也是植物“性”现象的 一种秀！ 一种叫做黏菌的奇 异生物大概有13种性 别，是雌雄两性生物界 中的例外。 封 面 故 事 封 面 故 事 10 生命世界 关于“性”之争 从科学的角度来看，性对于生 物体自身来说似乎并不是一件什么 好事。对于雄性来说，它们要花费大 量的时间和精力去进行性选择。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或许还得 无功而返。对于雌性来说，这种性选 择的结果未必是如意的！因为它们的 基因只能有一半传给下一代，而雄性 的另一半未必就很优秀。最初在地 球上，所有的生物都是进行无性繁 殖的。无性繁殖是传宗接代的一种 便利和有效的手段，它的好处相当明 显。无性繁殖不需要在其他个体的 帮助下完成，后代的数量能够从实质 上得到保证。当一种有用的遗传特 性形成以后，它不会很快被进化的 过程所稀释；后代会跟母体一模一 样。无性繁殖存在众多的优势，因此 科学家一直很纳闷，生物为何要费劲 从事性活动呢？ 100年前，德国生物学家奥古斯 特·魏斯曼提出，性有助于加快自然 选择进程使之更有效率，原因是其 增加了遗传变异。方法是允许好的 基因更快地在群体中传播，同时让 坏基因更快消失。尽管魏斯曼的假 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 女娲的故事是我国 古代关于人类和性别起 源的想象。 有一种隐匿的群 体，虽然外表上和常人 并无两样，但是他们的 性别特征却处在我们所 定义的两性之外，一般 被称为阴阳人。图为卢 浮宫之《沉睡的海尔玛 弗狄忒》，海尔玛弗狄 忒即为古罗马神话中的 阴阳人。 无性生殖 有性生殖 有性生殖和无性生殖 减数分裂 交换和融合 生命世界 11 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，直到酵 母实验的出现。 性别与酵母 进化与性别乍听起来是很难联 系起来的两个东西，不过由于小小的 酵母，科研人员得以阐明它们之间的 联系，同时也证明了100年前魏斯曼 提出的假说。让我们先了解一下这个 小小的“明星”——酵母！ 酵母是单细胞真核生物，易于 培养，且生长迅速，被广泛用于现代 生物学研究中。酵母可以通过出芽 进行无性生殖，也可以通过形成子 囊孢子进行有性生殖。无性生殖即 在环境条件适合时，从母细胞上长 出一个芽，逐渐长到成熟大小后与母 体分离。在营养状况不好时，一些可 进行有性生殖的酵母会形成孢子， 在条件适合时再萌发。 新西兰奥克兰大学的马修·戈 达德教授和英国帝国理工学院的科 学家合作，通过对酵母的基因进行 修饰改造，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。因此研究者认为，进行有 性繁殖的酵母会更快地使基因重组， 有性生殖的主要方式 有性生殖的主要方式是接合生殖和配子生殖。 接合生殖 两个菌体通过暂时形成的原生质桥单向地转移遗传信息。供体（雄体 的部分染色体）可以转移到受体（雌体）的细胞中并导致基因重组，这是 最原始的接合生殖，多见于纤毛虫类。按接合的双方，即接合子的形态又 可分为两类：同配接合和异配接合。同配接合指接合子的形态相同。接合 时双方暂时融合，小核在减数分裂后进行交换，相互受精后分开，如尾草 履虫。异配接合见于缘毛目类纤毛虫。在进行接合生殖前，虫体先经一次 不均等分裂，除小核外大核和虫体都分成大小两部分，成为大接合子和小 接合子，前者固着，后者自由游泳。小接合子找到大接合子后即牢固附着 在其上开始接合。在接合过程中，合子核只在大接合子中形成，小接合子 为大接合子吸收，如钟虫。 配子生殖 配子是由营养个体所产生的生殖细胞，需两两配合后才能继续其生活 史，如在一定时间内找不到适当的配子便死亡。这种生殖方式又可分为： 同配生殖、异配生殖和卵式生殖，其中最常见的是卵式生殖。卵式生殖亲 代产生的配子大小和形状悬殊，大配子叫卵细胞，小配子叫精子。 同配生殖指配子的形态和机能完全相同，没有性的区分。异配生殖有 两种类型：生理的异配生殖和形态的异配生殖。 产生新变异，帮助生物更快地适应新 的环境。也就是说，有性生殖加速了 自然选择过程，加速了进化。 “性”与进化 人类的祖先古猿从陆地到水 封 面 故 事 12 生命世界 无性生殖的方式 分裂生殖 分裂生殖又叫裂殖，是生物由一个母体分裂出新子体的生殖方式。分 裂生殖生出的新个体，大小和形状都是大体相同的。在单细胞生物中，这 种生殖方式比较普遍。例如，草履虫、变形虫、细菌等。　　 出芽生殖 出芽生殖又叫芽殖，是由母体在一定的部位生出芽体的生殖方式。 芽体逐渐长大，形成与母体一样的个体，并从母体上脱落下来，成为完整 的新个体。酵母菌和水螅(环境恶劣时水螅也进行有性生殖)常常进行出芽 生殖。 孢子生殖 有的生物，身体长成以后能够产生一种细胞，这种细胞不经过两两 结合，就可以直接形成新个体。这种细胞叫做孢子，这种生殖方式叫做孢 子生殖。一般的低等植物和真菌都是这种生殖方式，如铁线蕨、青霉、曲 霉、根霉等。 营养生殖 由植物体的营养器官（根、叶、茎）产生出新个体的生殖方式，叫做 营养生殖。例如，马铃薯的块茎、蓟的根、草莓匍匐枝、秋海棠的叶，都 能生芽，并且形成新的个体。 组织培养 植物细胞具有全能性。 根据这个理论，用植物的组织培养技术， 可 以完成植物的繁殖。 中，再从水中回到陆地，和严酷的大 自然苦苦搏斗了1 000万年以上，大都 灭亡了、绝种了，只有生命力最强的 一支坚强地活了下来，顺应恶劣的 生存环境而不断进化，同时不断地 繁殖后代，形成了现代人类的一切 生理功能，这实在是太不容易了。人 类的老祖宗在生存竞争中逐渐改造 自己，发展自己。这种生存竞争不是 指一代人为了生存所做的努力，而是 一个漫长的、世代更替的过程。 有性生殖保证着大量的基因重 新组合，从而创造了遗传多样性。基 因型不相同的亲本基因组之间发生 重组，在子代基因组中形成新的基 因组合。重组可能是进化的一个重 要因素，它允许群体中不同个体出 性别产生而繁衍的 后代，基因有所不同或 有点差异，但存在的差 异是有性别生物生存能 力强大的根本原因。 生命世界 13 现的遗传变异相互组合。有性生殖 所提供的多样性潜力简直是无穷无 尽的。而遗传多样性则是亲代为了 对付无法预料的环境变化所下的赌 注。也就是说，遗传多样性可使进化 路线更能适应新的和多样的环境。 对于最初无性繁殖的生物，忽然面 临能导致高突变的环境压力，它将 在许多代的过程中发展出一种应对 能力。在这种情况下，不良的突变将 导致整个种族的灭亡，因为每一种 可遗传的不良突变对于相对变弱的 生物体有一种日益致命的趋势，因而 不该累积下来，而良性的突变应得以 保存。这就为性的优势发出了召唤。 一对生物体能够通过性分享有益的 突变，滤掉不好的突变，那么在恶劣 的环境下，它们将比无性的同类拥有 更多的优势。有性生殖的出现，提高 了物种的变异性，从而使生物进化 的速度加快。在整个生物进化漫长 的30多亿年里，有性生殖生物的出 现大约才10多亿年，现已发现并作 有记录的200多万种生物中，有98% 以上的生物种是在有性生殖出现后 产生的。 在这个世界上如果没有性，也 就没有男性和女性；也就没有鲜花， 因为没有专门为鲜花传粉的昆虫； 也就没有美丽的孔雀开屏，许多动 物为寻找及选择伴侣的美好行为也 就不复存在，美丽的世界也就黯然 失色！■ （责编 桑新华） 性别分化的产生 是为有性生殖服务 的，而有性生殖的生 物具备双亲的优良特 性，给生物带来了更 为丰富的变异来源， 提高生物对环境的适 应能力。