我們傾向於認為生物性別只有兩種：雄性和雌性。但在卵子和精子進化之前——在性細胞開始在大小和形態上分化之前——生物體無法按性別分類。對於今天的許多真菌、藻類和原生動物來說，情況也是如此。這些物種沒有性別，而是有交配型，其性細胞在分子水平上有所不同，但在解剖學上沒有差異。而且這些交配型不一定成對出現。
以社會性變形蟲盤基網柄菌為例，它有三種交配型：每種型別都可以與其他兩種型別的成員交配。白蓋蘑菇糞生鬼傘有 143 種交配型，每一種都能夠在其他 142 種類型中找到伴侶。毛茸茸的扇形真菌裂褶菌擁有超過 23,000 種交配型（儘管其更復雜的繁殖策略意味著並非每種型別都可以與每種其他型別交配）。
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然而，大多數物種仍然只有兩種交配型。喬治·康斯特布林是巴斯大學的研究員，漢娜·科科是蘇黎世大學的進化生物學家，他們想知道為什麼。在上個月發表在《自然生態與進化》雜誌上的一篇論文中，他們開發了一個模型，該模型可以根據三個基本的生態要素來預測物種中將出現多少種交配型：突變率（引入新型別）、種群大小以及——也許最令人驚訝的是——性行為的頻率。他們的工作不僅為這類生物體的基本生物學提供了見解，而且還可以幫助我們理解雄性和雌性性別最終是如何進化的。
許多科學家認為，交配型在生命史早期進化出來，是為了防止可能對種群或物種有害的近親繁殖等行為。如果一個生物體與不相容的交配型（包括其自身的交配型）發生性行為，那麼通常不會產生後代。
撇開這種限制不談，邏輯表明，物種應該從擁有儘可能多的交配型中受益。對於兩種型別，對於任何個體而言，只有一半的種群有資格作為配偶。對於三種類型，這個比例上升到三分之二——隨著更多交配型的加入，比例還會繼續上升。如果突變導致新型別的出現，它不會陷入在種群中為自己尋找稀有匹配的問題；相反，它將能夠與其他所有型別交配，從而更快地產生後代並增加其數量。
康斯特布林說：“直觀的預期是，這種情況應該發生在越來越多的交配型上，直到你擁有數千種交配型。”
迄今為止，關於為什麼交配型的數量很少飆升到如此驚人高度的假設，都圍繞著穩定性的考慮。保持兩種型別可能是更好的方法：它允許更簡單、更高效的資訊素訊號網路，以及在從親代細胞傳遞細胞器時更容易的分類系統。但這些理論無法解釋大量例外情況。
然後康斯特布林想到了一些事情。“我意識到我們一直假設這些物種一直在進行性行為，”他說。這個假設對他的種群進化預測產生了巨大的影響，因為在沒有性行為的時期，交配型變成了一種中性特徵：偶然事件決定了某些型別的優勢和許多其他型別的消失。
根據該模型，相對更依賴性行為進行繁殖的大種群可以維持更多的交配型，而性行為較少的種群則不能。康斯特布林和科科想知道，性繁殖必須有多麼罕見才能解釋只有兩種交配型。結果證明，非常非常罕見：每隔幾千代才發生一次。
這些童話墨汁鬼傘（糞生鬼傘）在倫敦拍攝，有 143 種交配型。每一種都能夠與任何其他 142 種類型的成員繁殖。
“起初，我有點失望，”康斯特布林說。“這似乎真的很低。”但當他和科科轉向自然界的例子時，他們發現他們的模型預測效果很好。“這就是它的美妙之處，”慕尼黑大學的進化生物學家巴特·尼文豪斯說。變形蟲、真菌和其他具有兩種交配型的生物體往往很少進行性行為，大多數時候選擇速度更快、能量消耗更少的無性繁殖過程：例如，某些酵母物種每 1,000 到 3,000 代才進行一次性行為，當壓力大的環境條件使其更有利於它們混合基因並提高進化出新的有益性狀的機率時。
康斯特布林說，與此同時，那些擁有數百或數千種交配型的物種，被認為是“真菌王國中最具有性行為的真菌”。他的模型似乎也解釋了其他觀察到的性行為模式，例如某些物種切換其交配型別或與其自身型別的成員繁殖的能力。
悉尼大學的進化生物學家尤西·萊赫託寧說：“它解決了一個長期存在的謎團，並提出了一個非常簡單的解決方案，並且以清晰的方式直接與這些生物體的生物學聯絡起來。”
根據科科的說法，這樣做也突出了我們對基本生物學的理解，僅僅基於少數模式生物（如小鼠、果蠅或大腸桿菌），無法捕捉到自然界中最基本功能的真正多樣性。“在理解多樣性方面，研究人員[可能]有點短視。並非所有生命都遵循最熟悉的規則，”科科在一封電子郵件中寫道。她希望她的研究能夠激發對其他不太正統的物種進行進一步的實證研究。（此類工作也可能透過新增物種特異性機制（如資訊素訊號和細胞器遺傳）來幫助科學家在她的模型基礎上進行構建，這些機制仍然是故事的重要組成部分。）
這些生物體所遵循的看似深奧的規則甚至可能幫助我們理解我們確實熟悉的特徵。“我們可以將兩種交配型別的存在視為雄性和雌性性別進化的觸發因素”，法國里爾大學的生物學家西爾萬·比利亞德說。康斯特布林和科科的模型可能潛在地提供了對奠定這一基礎所需的條件的認識。尼文豪斯推測，由於當有性繁殖率低時，兩種交配型占主導地位，因此可能出現難以找到配偶的情況。這些條件可能選擇了能夠更輕鬆地找到配偶的專門的、較小的配子——從而開始了通往今天性別的道路。
尼文豪斯正試圖在他的實驗室中看到其中的一些現象：他一直在裂殖酵母中工作，以創造第三種交配型，使其能夠與已經存在的兩種型別繁殖。“但這非常棘手，”他說，而且到目前為止他還沒有成功。
康斯特布林還認為，這項工作可能具有更直接的應用。在感染農作物的致病真菌中，一種交配型通常具有特別的破壞性，而決定該型別的基因可能與例如其對殺真菌劑的毒性抗性有關。瞭解這些特徵為何共存可能有助於控制或預防枯萎病。
日內瓦大學的博士後研究員澤娜·哈吉瓦西里烏說，康斯特布林和科科的發現“在某些方面……始於一個非常簡單和直觀的想法。但有時最優秀的作品來自這些型別的靈感。”
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