性繁殖可能演變成抵抗疾病的方式,有利後代突變對抗病原體

作者 | 發布日期 2017 年 04 月 10 日 18:00 | 分類 生物科技 , 自然科學 follow us in feedly

繁衍後代有可能因為致病微生物而產生演變,但是那些不需要對象的無性繁殖,在進化的效率也更高;但是會攜帶著與父母代遺傳相同的後代,並不一定能抵抗新病原體,當繁殖產生的多重突變,有可能會產生出有抵抗力的下一代。



繁殖是一件很神奇的事情,當已經在對抗疾病的有性繁殖在遇上致病微生物會演變,這種演化往往朝著可以抵抗疾病的道路,為了讓後代能對抗這些會產生疾病的微生物,研究更指出,若是不用交配而產生的無性生殖,變異成抵抗力強的下一代的效率也更高。

這項研究是澳洲 The University of Adelaide(阿得雷德大學)以電腦模擬後發表的,數據顯示大多數生物在繁衍後代會越來越有抵抗力,但是其演化時間往往很長,有時候甚至超過一百多年。負責這項計畫的 Jack da Silva 博士說:「不需要伴侶的無性繁殖,例如用你自己的身體來複製器官,或是母雞下蛋,是一種比較簡單的複製方式,因為不需要花時間精力配對找伴侶來完成繁殖,但若是有父母代的有性繁殖,卻比較難解釋為什麼可以產出更具有競爭力的下一代。」

有性繁殖允許 DNA 配對之間的 DNA 重組,所產生的後代可攜帶不只一種有益的 DNA 突變。相比之下,在無性繁殖中,有益的突變將相互競爭,所以不一定會突變成能對抗病原體。

紅皇后理論是什麼?

此假說名字的來自《愛麗絲夢遊仙境》紅皇后對愛麗絲說的一句話:妳必須不停地跑,才能使妳保持在原地。其中心思想是物種間為了搶奪資源,必須不停歇的優化才可對抗捕食者和競爭者。可是相對於捕食者,他們也必須不停進化與之抗衡才能生存。其結果是物種本身不停歇的改變,可這種改變相對於他們的捕食者來說,適應度並沒有增強。

紅皇后理論(Red Queen hypothesis)認為,細菌、病毒和寄生蟲等病原體不斷適應我們,我們不斷發展,以抵禦這些病原體。

這個理論指出,在緊密共同的相互作用(如人類和病原體)中,一種物種(如獵物或宿主)的進化變化可能導致其他物種(捕食者或寄生蟲)的滅絕,因為不能適應這種變化。

da Silva 博士說:「很難想像為什麼這種生物演化是持續的,可能是因為性慾的自然反應,一般來說為了適應群體的演化,通常會往壞的方向進行。但如果環境的改變對演化有利,無性繁殖會採取一些對應性的強力改變。」

(Source:Flickr/Gary J. Wood CC BY 2.0)

上圖是一種可以無性繁殖的鯊魚叫槌頭鯊,其雌性鯊魚可以無性繁殖出後代,發現的起因是因為養在水族館的雌性槌頭鯊水缸裡面竟然誕生了幼鯊,在這之前鯊魚普遍認為是有性繁殖,這種只有雌性的繁殖稱做「孤雌生殖」。

da Silva 博士分析,依照紅皇后理論認為,細菌、病菌和寄生蟲等病原體也會隨著繁衍後代不斷適應我們,但是我們也會隨著繁殖不斷發展更強的抵抗力來抵禦這些病原體,這些新突變提供正向且有益的機會,隨著每次繁殖保持強大的選擇力。

就像跟抗藥性競爭,當你利用新抗生素殺死細菌,那些少數存活的細菌就可能產生抗藥性來適應更強的抗生素。

mitosis 有絲分裂、meiosis 減數分裂

1882 年,Walther Flemming(佛萊民)發現細胞分裂的過程中會有絲狀物形成,藉此絲狀物可以牽引染色體向兩極的移動,因此便將細胞分裂的過程稱為有絲分裂(Mitosis 一詞最早便是由 Flemming 提出)。

(Source:shutterstock)

後來至 1904 年,August Weisman(魏斯曼)發現生殖細胞的分裂過程中,會使配子(精、卵)的染色體減半,雖然其過程亦出現紡綞絲,但是包含了連續兩次「有絲分裂」,於是我們便以染色體減半的「結果」來定義這種「連續兩次有絲分裂過程」的現象,稱為減數分裂(meiosis)。

凡進行一次有絲分裂者即稱為有絲分裂(mitosis);可進行「連續」兩次有絲分裂者即稱為減數分裂(meiosis)。

減數分裂的過程雖然也有紡綞絲形成,但其過程仍與有絲分裂有少數的差異,如同源染色體的聯會現象等,因此不可將減數分裂稱為有絲分裂,否則將無法分辨其中的差異。

da Silva 博士說:「這兩種理論現在看起來已經合而為一,雖然物種不能抵抗性繁殖的誘惑,但是現在看起來,有性繁殖的遺傳機制會更有利。」

(首圖來源:NHRGI)