新研究：為了應對癌細胞傳染，我們才演化出性行為

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絕大部分生物，從袖珍的昆蟲到龐大的鯨，都需要通過性行為來繁衍後代。但這種看似理所應當的行為，卻成為了困擾生物學家一百多年的問題。有性繁殖的存在意義是什麽？性行為需要消耗大量的能量，甚至威脅生存，但為什麽超過99%的真核生物都選擇了有性繁殖？最近，發表於PLoS Biology的研究指出，性行為或許是癌細胞驅使演化出來的...

撰文丨楊心舟

99%真核生物的繁殖方式

有性繁殖通常是指需要兩個親本提供遺傳物質的繁殖過程，自然界也選擇了最簡便的方式，親代分別將一半染色體匯聚在一個性細胞（或者稱“配子”）中，兩個配子融合之後就實現了有性繁殖。

但有性繁殖單從個體生存角度來看非常不劃算，首先有性繁殖需要借助性行為來完成，這就意味著個體需要花費大量的時間和能量用於尋找伴侶或者求偶。另外性細胞也要作出很多改進，保證沒有給後代傳遞錯誤信息。更關鍵的是，物種之間還要保證生殖隔離，這樣才能維持整個物種的繁衍，個體的每一次性行為也決定著整個物種的存亡。

而無性繁殖就簡單多了，只需要複製和分裂兩個過程就可以誕生兩個新個體，不僅機制簡單，也非常節約能量。“兩倍消耗”原理是比較兩種生殖方式能量消耗最直觀的理論：有性繁殖親代需要兩個親本，無性繁殖隻用一個；同樣是兩個後代情況下，有性繁殖誕生一雄一雌才能算給種群繁衍提供了基礎，而無性繁殖在第二代的兩個雌性都能繼續繁衍。無性繁殖是如此高效，但奇怪的是，自然界中只有不超過1%的真核生物使用無性繁殖。

為什麽生物要選擇更複雜、更耗能的繁殖方式呢？一百多年前，德國演化生物學家August Weismann曾提出“有性繁殖是個體間基因變異的來源，同時也成為自然選擇的基礎。”在他的想法中，性行為可以將基因中對生存有利的部分“匯聚”到一起，將不利的那部分剔除出去。

性行為與基因

上世紀30年代，遺傳學家Fisher和Muller在Weismann的基礎上首次提出了有性繁殖的系統理論——Fisher-Muller假說。該假說認為有性繁殖可以加快優秀的等位基因整合到個體中的速度，而無性繁殖則需要等待很長時間。因為有性繁殖可以迅速整合物種中的優勢基因，Fisher等人認為這對於整個種群的穩固是很有利的。

提出Fisher-Muller假說之一的R. A. Fisher。圖片來源：The University of Adelaide

但是到了70年代，出現了一種與Fisher-Muller假說相對的聲音。這些支持新理論的人認為，性不是為了種群的延續而演化出來的，而更多是為了個體的利益而存在。這也是“紅皇后”假說的核心觀點，Hamilton等人將這種理論描述為：只要基因組合的頻率足夠高，有性繁殖可以成倍地獲得有利性狀。通過更多的組合，個體可以產生稀有基因型，獲得抵抗病原體的能力。該假說甚至已經得到了動物實驗的支持，在大型蚤中，通過有性繁殖出的後代，它們抵抗病原體的能力是無性繁殖後代的兩倍。

這兩種假說都是圍繞基因和有利性狀來展開的，但它們都存在一個不能解決的問題，那就是如果性真的是為了加速基因整合而存在，那麽為什麽性是隨機的？自然沒有強製讓擁有有利性狀的個體互相交配，如果讓最強的兩個親本繁殖，豈不是獲得超強個體的速度會更快？對此，最近發表在PLoS Biology上的新研究提出了一個全新角度的理論：性行為是為了應對傳染性的癌細胞而演化出來的。

這項新研究的主要作者，法國蒙彼利埃大學的演化生物學家Frederic Thomas提出了一個很犀利的問題：“假如你已經覺得自己足夠強大了，這一生也很健康，說明你的基因組合已經很完美了，為什麽不直接再製造一個自己？”

癌細胞讓生命演化出性行為？

癌細胞對最早期的生命來說並不是一個問題，這些原核生物或者單細胞生物通常都是無性繁殖，通過複製染色體然後分裂，就產生了一個新的個體。但是真核細胞出現後，事情開始變得複雜起來，真核細胞傾向於聚集到一起，因此產生了多細胞個體。

這些多細胞生命個體要面臨一個可怕的敵人，那就是癌細胞。因為這些細胞往往生長不受控制，並且會大量消耗個體的能量，甚至造成個體死亡。癌症也被認為是多細胞個體才有的“疾病”。有一部分癌細胞會因為宿主死亡而消失，但最近許多研究已經發現，還存在一類傳染性癌細胞，可以在某些動物物種內部傳播。這些傳染性癌細胞可以通過性行為、被動接受行為（比如受到對方攻擊，或者咬傷）等方式實現傳播。

執行無性繁殖可以節約許多能量，但是正因為後代基因組都一樣，會讓癌細胞更容易在個體之間傳播。來自其他個體的癌細胞將無法被自身的免疫系統識別，同樣，自身的癌細胞也能輕易感染別的個體。研究者認為可以將這些傳染性的癌細胞比作細菌、病毒或其他病原體。傳染性癌細胞也會拚命改變自己基因組與宿主相異部分，來向其他個體傳染。

無性繁殖會讓癌細胞在個體之間傳播

多細胞個體為了應對這些傳染性的癌細胞，只能演化出可以識別的部分供免疫系統分辨和區分哪些細胞是自身的，哪些是外來的。那麽最好的方式就是與一套完全不同的基因組進行結合，這樣產生的新個體基因必定與其他個體存在差異。

而恰巧性行為可以完全達成這一目的，通過兩個親本各提供一半的基因組，混合到一起就可以構成一個全新的後代。而新誕生的後代是傳染性癌細胞從來沒有接觸過的個體，因此還沒有產生應對該個體基因組的方式，這可以極大地提升後代識別並消滅癌細胞的能力。

有性繁殖可以讓後代更好地識別傳染性癌細胞

生物個體或許在面對癌細胞的壓力時最終決定擺脫無性繁殖，接受了耗時耗能的性行為。“癌細胞可能在生物演化過程中起著重要作用，它不只是一種疾病，更是一種演化的力量。”Thomas表示，你覺得癌細胞隨著個體的死亡消失殆盡，但如果真相不是這樣呢？你是否也意識到了，癌細胞一直存在，怎麽都消滅不乾淨？

當然，這個全新的假說還有許多需要完善和驗證的地方，尤其是父母與子代基因組不同，是否能成為抵禦癌細胞感染的關鍵因素。如果能夠解決這一問題，或許我們也能從這種演化了幾百萬年的性行為中，獲取攻克癌症的線索。Thomas強調了許多生命現象的複雜性，“生物學上，很多事情不是一種說法就能完全解釋清楚的，性行為背後肯定還隱藏著更多種解釋等待我們發現。”