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1700263390 讨论到这里,我们恐怕又会有新的疑惑:说来说去,活跃的下场就是生来等死,在进化上还有什么优势可言呢?
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1700263392 当然有的。我们可以更充分地传播自己的基因。
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1700263394 是的,长寿有机会多繁殖几次,多传播几次基因,这固然是好处,但如果活跃能够赢得更强的竞争力,就可以大大提高繁殖的成功率,更有效地传播基因,这同样是好处。
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1700263396 乍看起来,前者会在日积月累中占据优势,但绝大多数时候情况恰恰相反:环境的供养能力总是有限的,活跃者留下了更多的后代,就意味着长寿者留下了更少的后代。长寿者就算能熬到活跃者老死,可是新的活跃者又已经成长起来。就这样,长寿者在每一次繁殖中都占据了劣势,最后就很可能被进化淘汰了。
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1700263398 所以时至今日,所有长生不老的多细胞生物都处在食物链的最底层,仅作为生态系统的根基才得以繁荣昌盛。而活跃的动物已经在物种数量上超过了其他一切生命形式的总和。其中,昆虫独占了动物界90%左右的物种,它们甚至极端到了只争取一次繁殖:幼体一刻不停地积累营养,然后在最后一次蜕变中一次完成所有细胞分化,成长为最精致的生殖机器,爆发性地繁殖一波,繁殖完就死。比如蜉蝣,它们的稚虫可以在水中默默生存几个月甚至几年,然而在羽化当天,它们就会成群结队,壮丽地交配、产卵、死亡,给人留下“朝生暮死”的错误印象。
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1700263400 也就是说,对于我们这些活跃的动物来说,什么生存竞争、适者生存、自然选择,几乎都只集中在生命最初的一段时间,而随后就没什么意义了。于是在宏观层面上,如果某种基因突变要经过很长时间才能展现出不利的影响,比如在神经细胞里积累不可降解的蛋白碎片,但要50多年才足以破坏神经细胞,或者会让血脂的浓度缓慢上升,但要60多年才足以堵塞血管,那么这样的不利基因对野生动物来说就根本不会带来什么事实上的危害,不会被进化淘汰,因此在基因组中越积越多。又或者,某种基因突变能在年轻时带来好处,却又在长时间的积累之后带来危害,比如提高雄性激素的浓度,使个体表现出更强的雄性性征,却同时提高长期意义上的癌症发病率,那么这样的基因对活不到长期的野生动物来说就是单纯有利的,反而会被进化青睐,在种群中扩散开来。
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1700263402 这不免会让我们想起第二步里单次开花的植物。那些植物同样是先经历漫长的营养生长,然后在生殖生长中迅速结束所有细胞分化,爆发性地繁殖一波,繁殖完就死。因为绝大多数单次开花的植物是一二年生的草本植物,生活在季节变化非常剧烈的地方,年度性的严寒、酷暑、干旱让它们很难熬到来年。它们的体细胞即使保留了无限的分裂能力也只是虚妄。相反,如果有什么基因能大大提高整株植物的发育速度,让分生组织一次性彻底分化结束,倒能极大促进它们的初次繁殖,在天灾到来之前就留下坚忍的种子,是极大的好处。于是,它们就进化成了一二年生的草本植物。而在终年适宜的热带雨林中,一二年生的草本植物就非常罕见了。
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1700263407 图增—15 这种韬光养晦然后轰轰烈烈地爆发繁殖的现象也常出现在昆虫身上,比如在北美非常著名的十七年蝉(Magicicada septendecim),它们的幼体要在土壤中生活17年才铺天盖地地集体繁殖,有时给人带来末日先兆般的恐慌。17是一个很大的质数,绝大多数天敌的生命周期都难以和它重叠,比如那些生命周期是2年的天敌就得相隔34年才有机会吃到它,生命周期是3年的天敌就要相隔51年才能吃到它。请注意,蝉要躲避的并不是天敌的偶然捕食,而是天敌的“繁殖季”。繁殖季的食物充裕程度最强烈地影响了种群数量,如果蝉每次破土都赶上天敌的繁殖季,那么天敌就会在整个繁殖季都显著扩大种群规模,这是非常糟糕的事情。(图片来源:James St. John)
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1700263409 所以,正如一切化石证据展现的,在进化史上,活跃而短寿的动物出现在固着而永生的动物之后,单次开花植物也出现在多次开花植物之后。
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1700263411 但是既然提到了单次开花的植物,一个新的问题就浮现了出来。我们在上一步里说过,单次开花植物的体细胞并没有失去赦免资格,仍然可以无限次地分裂,仍然可以再生出一株完整的植物。这是因为它们没有生殖专权,每一个分裂的细胞都有可能发展成新个体,都有无限次的分裂需求,也就不会进化出针对这些细胞的死亡基因。而活跃的动物都有生殖专权,体细胞不能分化成生殖细胞,不能进入新个体[17],因此完全陷入了这一步的窘境,这才进化出了那种死亡基因。
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1700263413 是啊,生殖专权!如果活跃的动物没有生殖专权,我们就不会进化出那么多的死亡基因。因为如果没有生殖专权,我们就可以像珊瑚和海绵一样,让每个干细胞同时负责制造生殖细胞,那么我们的干细胞即便坚持不到端粒耗竭,也仍然有十足的理由在进化中维持端粒的长度,否则它们分化出来的卵细胞和精子就无法拥有足够的端粒,无法制造新的生命了。
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1700263415 生命的起源:所有生命的共同祖先在40亿年前是怎样诞生的? [:1700256393]
1700263416 ·第六步 性与死亡·
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1700263418 那么,我们为什么还要进化出生殖专权呢?
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1700263420 答案仍然是“动”!
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1700263422 因为动物会动,能量消耗得很快,需要非常活跃的有氧呼吸,也就需要非常强劲的线粒体,比如很多人都会遐想人类如果能够光合作用,事情会变成怎样。但是他们不知道,哺乳动物线粒体的能耗速度是植物线粒体的数百倍,一个成年人静止不动消耗的能量与一棵参天大树相当,所以植物那样的光合作用对我们来说毫无意义。
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1700263424 然而线粒体是个很刁钻的细胞器,它自己有一部分DNA,能合成一部分关键的蛋白质,却还要细胞核的DNA合成另一部分关键的蛋白质。所以这两处的DNA能不能密切配合,就直接关系到了有氧呼吸的效率,也就直接决定了动物的能量供应。
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1700263426 但糟糕的是,细胞核DNA与线粒体DNA并不能同时复制,前者在细胞分裂时复制一次,后者却在细胞旺盛的代谢中不停地复制,而细胞分裂本身就是细胞代谢最旺盛的时候,所以,细胞分裂的次数越多,线粒体DNA突变的次数就越多,与细胞核DNA不匹配的概率就越大,对生存就越不利。这样的细胞如果是个体细胞也就罢了,还有别的细胞替它干活,如果是个生殖细胞那就惨了,后代必成衰仔,一蟹不如一蟹。
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1700263428 那么怎么办呢?
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1700263430 生殖专权!
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1700263432 在进化中,绝大多数动物都从胚胎开始就命定了将来的生殖细胞。其中,卵细胞的产生会经历尽可能少的细胞分裂,然后就进入漫长的休眠,直到排卵的时候才重新激活,这就在最大程度上保住了核DNA与线粒体DNA的密切配合。有许多动物还有卵细胞竞争机制,也就是提前制造超量的卵细胞,然后在漫长的休眠里检查这些卵细胞,剔除两班DNA配合不牢的卵细胞。比如,人类女性胚胎会在发育时一口气生成数百万个卵母细胞,但一生中就只有几百个能够最终成熟。
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1700263434 至于精子,它们的线粒体在卵细胞受精之后通常都会全部死亡,所以生殖专权不用照顾它们,分裂次数再多也都无所谓。
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1700263436 这个用核DNA与线粒体DNA来解释生殖专权的假说,同样是由尼克·莱恩提出的。总之,运动的需求产生了生殖专权,活跃的动物们因此陷入了衰老的宿命,放弃了永生,呜呼哀哉。
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1700263438 [1]单细胞生物都可以通过各种形式的细胞分裂直接产生后代,此时,每个细胞都是无性生殖的生殖细胞;真核的单细胞生物还能先与其他细胞融合再分裂,此时它们又成了有性生殖的生殖细胞。
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