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大多數生物在繁殖時只傳遞一半的基因,將其基因組與另一個生物的基因組混合。有性生殖不僅將個體對下一代的貢獻減半,還會導致各種麻煩和開銷。因此,科學家們長期以來一直想知道為什麼性最初會進化出來。正如加州大學聖巴巴拉分校的生物學家威廉·R·賴斯所說:“我的兒子只繼承了我一半的基因;另一半來自他的母親……但是,如果我是一個無性繁殖的雌性,我的後代將攜帶我所有的基因組。我會將兩倍的基因傳遞給下一代。”現在,《科學》雜誌最新一期發表的一項研究提供了新的見解。
關於有性生殖進化的流行解釋認為,基因的有性重組允許有益的突變更快地積累,並且有助於限制有害突變的傳播。賴斯和加州大學聖巴巴拉分校的同事亞當·K·奇彭代爾測試了有性生殖也將有益和有害突變彼此分離的想法,從而使好的突變能夠擺脫不良的伴侶。該團隊建立了無性果蠅的人工種群,研究了17個無性種群和17個正常的有性生殖果蠅種群,共計10代。他們在34個種群的每個種群中都加入了一些具有紅眼基因而不是白眼基因的個體,並安排這種性狀對繁殖成功產生積極影響。正如預期的那樣,紅眼果蠅在兩個種群中都繁殖了幾代。但是,在無性種群中,紅眼果蠅的比例最終停止增長。具有紅眼的優勢被突變原始攜帶者中存在的相對不適應的品質所平衡。然而,在有性種群中,紅眼基因繼續滲透到種群中。
研究人員預測,經過足夠多的世代,紅眼基因最終將出現在有性果蠅種群中的每個個體中。此外,他們預測它將在無性種群中消失。他們使用的果蠅的繁殖適應性差異很大,因此每個無性紅眼果蠅的譜系都被隨機地放入可能幫助或阻礙它的遺傳物質背景中。在這種情況下,賴斯和奇彭代爾發現,即使是非常有益的突變也無法保證繁殖成功。隨著時間的推移,遺傳背景的不同部分將決定有益突變在無性種群中的存活。因此,性的巨大好處是將好的突變從它們發生的較大基因組的限制中解放出來。透過將它們與其他基因組重組,有益的突變會根據自身的優點受到自然選擇的評判,並可以出現在整個種群中。