性和單細胞:生物學家重新審視“無性”變形蟲

研究塊狀的、無性的變形蟲可能有助於生物學擺脫在揭示性奧秘時以動物為中心的偏見

我們所知的關於性的大部分知識,或者說我們認為我們知道的,都源於動物王國。這不足為奇——我們是動物,而且在比無限小的細胞團更大的生物體中,更容易研究基因舞蹈的細微差別。

問題在於,動物的性行為已經高度專業化,以至於令人分心。阿肯色大學費耶特維爾分校的原生生物學家弗雷德里克·斯皮格爾說,大多數研究人員已經學會了避免透過研究生命之樹上的動物分支來尋找普遍的性真理,但有些人仍然嚴重依賴單一的動物模型,而另一些人則在沒有意識到的情況下兜售過時的分類學思想。

斯皮格爾說:“關於性的起源和功能,大量的樹木被砍伐,但是一些撰寫和教授這些材料的人仍然把動物的性行為放在腦後。這是有偏見的,而且是倒退的。”他是關於性的評論的作者,該評論於5月10日在《皇家學會學報B輯》線上發表


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請看變形蟲:一種塊狀的、通常是無性的微生物集合,分類學家在歷史上將其視為進化上的怪異現象而掃地出門。斯皮格爾認為,如果生物學家想了解性的普遍特徵,尤其是其好處和代價,那麼沒有比這更好的生物可以開始了。

他說:“是所有真核生物生命中最原始的特徵之一。只有少數真核生物譜系中我們從未見過性,而且它們都是變形蟲。透過這些無性生物,我們可以進行比較,並提出一些關於性的真正綜合性的問題。”

變形蟲是單細胞的團狀生物,像它們所有的真核生物親戚(包括人類)一樣,將DNA儲存在細胞核中。儘管一些變形蟲可能不能進行有性生殖並透過有絲分裂進行分裂,但另一些變形蟲是可以進行有性生殖的真核生物,有性生殖可以最簡單地定義為將基因組撕成兩半,然後再將它們重新組合。這種做法透過調和基因來促進多樣性,並最終有助於譜系在自然選擇對其起作用時經受住世代的災難性變化。

對變形蟲的歷史概括傾向於不那麼性感的一面,這幾乎肯定是錯誤的,一項線上發表在3月23日的《皇家學會學報B輯》(斯皮格爾是該文章的審稿人,並以此為基礎發表了他的評論)的研究得出結論。儘管有些變形蟲沒有被發現進行性行為,但作者的分類學工作表明,變形蟲的祖先確實進行過性行為,就像導致所有現代真核生物的共同祖先一樣。

尚不確定是什麼原因促使某些變形蟲進入了獨身生活,但它們可能是在不需要性的能量成本或性帶來的遺傳優勢的穩定環境中進化而來的。在放棄了性地改組其基因的能力後,也許它們只是透過有絲分裂進行繁殖而生存了下來。無論如何,這都是進行更多研究的沃土。

斯皮格爾說:“性是與環境中重大變化相關的昂貴過程。我喜歡告訴我的學生,‘當情況變得艱難時,強者就會變得色情。’”

除了處理無性之外,早期的分類學家還必須對類似於植物、真菌和動物的變形蟲進行分類。42年前,當羅伯特·惠特克首次提出他廣受歡迎的五界分類系統時,他將變形蟲從各個界中挑選出來,並將它們全部視為原生生物。此後,基因組研究和系統生物學領域已經完善了這種分類,但斯皮格爾認為,過時的思想繼續扭曲著生物體之間的進化關係。

他並不孤單,他渴望恢復變形蟲適當的性地位,或者抱怨對生物性的誤解,包括認為它是生殖性的。(他說,性不是生殖性的,而是將兩個配子細胞減少為一個細胞——是細胞的複製,即有絲分裂,才是生殖性的。)

海洋生物實驗室的分類學家大衛·J·帕特森說:“我們並不完全瞭解性背後的進化過程,甚至不瞭解其好處。”他既沒有參與斯皮格爾的文章,也沒有參與對變形蟲無性現象的研究。 “我們需要做的是回溯[進化]樹,從下往上研究性,尋找性的替代方案。”

由於一些生物學教科書和研究繼續迴避變形蟲和其他微生物的細節,而傾向於關注較大的生物體,斯皮格爾看到了一種悲劇性的諷刺:變形蟲及其同類可以最好地讓新興的研究人員探索性的代價、進化以及它可能或可能無法解決的問題的替代方案。

斯皮格爾說:“他們使用錯誤的生物體來提出他們想要回答的關於[性]的問題。”

普林斯頓大學的生物學家約翰·邦納研究變形蟲已超過70年,他說他沒有理由懷疑斯皮格爾的擔憂——即使這些擔憂不是新的。

邦納說:“性在[變形蟲]中很常見,即使有些是無性的。我認為可能還有很多人不瞭解這一點。這絕對值得引起人們的注意。透過比較性的存在與缺失,仍然可以學到一些非常重要的東西。”

同時,斯皮格爾看到了浪費的資金、時間、困惑以及開創性研究的機會。

他說:“你不能透過研究一種生物體來了解性。讓我們讓人們接觸到許多奇怪且非常不同的生命形式。讓我們進行一場真正的性革命。”

*澄清(2011年5月11日):這句話在發表後進行了修改。原文沒有明確表達這句話指的是在性中使用配子的生物體的受精作用。

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