第36章 基因復制

基因自我復制,並且按照遺傳信息生產有機體的過程,就是生物體的繁殖過程。生物繁殖的方式多種多樣,但基本歸為兩類:一類是無性繁殖;一類是有性繁殖。

“無性繁殖”是最為原始的一種繁殖方式,即由母體的分裂、出芽、孢子或營養液形成新個體的繁殖方式。在無花植物、單細胞動物和低等的多細胞動物中較為普遍。無性繁殖所產生的子代遺傳物質與親代完全相同。這種繁殖方式在適宜的環境中有利於個體快速增長,擴大種群數量。

除無性繁殖的生物之外,地球上其他一切生物都選擇的是“有性繁殖”,采用減數分裂的方式,即DNA復制一次,細胞卻連續分裂兩次,結果每個子細胞中染色體的數目隻有母細胞的一半,然後再通過兩性生殖細胞的結合,在受精卵內進行基因重組,才有瞭完整的遺傳信息。也就是說有性生殖,不是基因直接復制到下一代,而是先分作兩份,然後再在子代中結合進行重組,每一次重組都不盡相同,因此就導致瞭每一個生物個體都有些許差異。

自我復制、無性繁殖是基因與生俱來的,但是有性繁殖、減數分裂是如何出現的呢?為瞭尋找這個答案,加拿大的一個位生物科學傢對一種即可以進行有絲分裂又可以進行減數分裂的單倍體藻類做瞭研究,發現:這種藻類在生長環境良好的情況下就會以有絲分裂進行繁殖;一旦生長環境變得惡劣,比如缺少氮氣的時候就會把兩個單倍體、即兩個染色體組臨時的結合在一起,據分析這樣做的目的是為瞭防止在基因復制時出現重大錯誤而臨時增加瞭一個備份,以便在出錯的時候可以修復。當生長環境再次變得利好時,兩個臨時結合的2倍體就會分裂開來還原為單倍體。

雖然這不是十分確鑿的證據,但這很可能就是減數分裂之所以出現的契機和原因——生命系統是自為的物質系統-自為的意識,也就是自為的信息反饋系統。當輸入的信息(在生存環境惡劣)發生重大變化時,在系統內產生一系列的反饋效果之後,就會影響生命系統的功能,其間系統功能可能發生過無數種情況的突變,而減數分裂就是其中的一種情況。但其它的情況都是無效信息,隻有減數分裂是有效的,於是這個信息就被儲存在DNA的信息庫裡,生命系統就具備瞭有性繁殖(減數分裂)的功能。

在生物演化史中存在著一種常見的現象——“擴展適應”,意指曾經行使過某種功能的結構,在進入一個新生境後,又被用於另一個不同功能的現象。例如羽毛可以讓今天的鳥類飛行,但是鳥最初進化出羽毛可能是出於完全不同的功能。早期羽毛很可能隻是一種妝飾,協助恐龍吸引異性。後來鳥能飛上天,完全是因為羽毛的擴展適應。生物體的所有器官、功能必須對當前個體有利,否則不會被基因記錄並遺傳下來。當我們歸納出某項功能有益於進化或者說有益於後代時,都是緣於它的擴展適應。

減數分裂本來是基因在惡劣環境中偶突然突變出來的一個臨時性功能。但是卻在之後的繁衍過程中得到瞭擴展適應,成為一種主要的繁殖方式。熵增是除強子、光子和氫原子系統以外的物質系統都無法回避的,生命系統隻是可以通過向外部獲取能量來彌被自身的熵增,但並不能消除熵增;同時由於物質的本征態是量子態的,量子隧穿、量子躍遷等等的量子效應也會破壞生命系統的穩定性。因此,DNA分子趨於“變壞”的趨勢是不可逆的。在這種趨勢下,無性繁殖、完全復制的方式,基因的有害突變總是占據主導;偶爾的有利突變也總是會被稀釋掉,根本傳遞不下來。減數分裂,由於基因重組的固然不確定性正好可以打破基因持續“變壞”的趨勢,可以把失敗的基因篩掉。減數分裂的隨機力量,或許每產生一個贏傢都要犧牲掉上千個輸傢,但卻還是比復制繁殖要好太多太多瞭。在一個變異性高,突變機率大,以及選擇壓力大的族群中,復制繁殖會非常慘。因此,地球上幾乎所有的真核生物都選擇瞭減數分裂的繁殖方式,陶醉在性的快樂中不可自拔,如果沒有性我們真核生物根本不可能存在。

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