生命的多样性与“性悖论”

新的研究发现有性繁殖和多细胞性驱动了不同物种之间的多样性。

　　

亚利桑那大学领导的一项新研究发表在《英国皇家学会学报B》上，测试了有性繁殖和多细胞生物是否有助于解释这种神秘的模式。

“我们想了解生命的多样性，”这篇论文的合著者、生态学和进化生物学学院的教授约翰·韦恩斯(John Wiens)说。“为什么大多数生物是动物、植物和真菌?”

为了解决这个问题，Wiens与来自中国南京林业大学的访问科学家Chen合作。他们估计了包括细菌、原生生物、真菌、植物和动物在内的17个主要种群的物种增殖率。困难的部分是估计每一组中有多少物种是多细胞的还是单细胞的，有多少物种是有性繁殖的还是无性繁殖的。5年来，陈筛选了1100多篇科学论文，并对150多万个物种的繁殖模式和细胞结构进行了描述。

他们发现，多细胞生物和有性繁殖都有助于解释动物、植物和真菌物种的快速繁殖。这三种物种的迅速繁殖解释了为什么它们现在涵盖了地球上90%以上的已知物种。

他们还发现，有性繁殖物种的快速繁殖可能有助于解释“性悖论”。矛盾之处在于，尽管有性繁殖存在诸多弊端，但为何如此多的物种有性繁殖。

“对于有性繁殖的物种来说，只有一半的个体直接繁殖后代。在无性物种中，每一个个体都在直接繁衍后代。“有性生殖没有那么有效。有性生殖的另一个缺点是，你需要两个个体来做一些事情，而这两个个体必须是正确的性别。而无性物种只需要一个个体就可以繁殖。”

陈和维恩斯找到了对性悖论的直接答案。有性物种之所以如此之多，是因为有性物种实际上比无性物种繁殖得更快。这在以前没有在所有生命中表现出来。

他们还发现，有性繁殖物种数量多的另一种解释是，有性繁殖和多细胞生物在整个生命树中紧密相关，而多细胞生物帮助驱动了大量的有性繁殖物种。

“多细胞生物实际上比性繁殖更重要。我们所做的统计分析表明，在解释这些多样性模式方面，它的重要性可能至少是有性繁殖的两倍。”

虽然单凭这项研究还不能准确地指出多细胞生物为何如此重要，但研究人员此前曾表示，这与多细胞生物中细胞类型的多样性有关。

“如果你是一个单细胞，就没有太多的多样性，”韦恩斯说。“但多细胞生物允许不同的组织或细胞类型，并允许多样性。但它究竟如何导致更快速的增殖还需要更多的研究。”

Chen和Wiens还测试了如果地球上的大多数生物都是科学上未知的细菌物种，他们的结论会如何改变。

“大多数细菌是单细胞的和无性的。但由于细菌比植物、动物和真菌古老得多，即使有数十亿种细菌，它们也没有迅速繁殖。”“因此，多细胞生物和有性繁殖仍然可以解释动物、植物和真菌的快速繁殖。”

未来的工作将需要了解多细胞生物和有性繁殖如何驱动生物多样性。维恩斯还对一些群体是如何同时具有多细胞性和有性生殖，但却不能迅速增殖感兴趣。

“我们有一些想法，”他说。“一个例子是红藻，即红藻。这些大部分是海洋生物，我们从动物身上了解到，海洋生物群体似乎没有那么快地增殖。”

Journal Reference:

1. Lian Chen, John J. Wiens. Multicellularity and sex helped shape the Tree of Life. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, 2021; 288 (1955): 20211265 DOI: 10.1098/rspb.2021.1265