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如果基因是自私的,為何“犧牲”卻成為進化上的贏家策略?

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圖蟲創(chuàng)意

溫情脈脈的洞房花燭夜,卻是雄螳螂為后代獻出生命的最后一夜;歷經(jīng)千難萬險到達產(chǎn)卵地的太平洋鮭魚,迎來的是完成使命后的集體死亡;雄性袋鼩連續(xù)十幾天不吃不喝瘋狂交配的后果,是油盡燈枯、悄然離世。這些看似極端的生命抉擇背后,藏著的,是生命最底層基因密碼中刻著繁衍”二字。

為了盡可能地延續(xù)基因,生物想盡了辦法,甚至會親手把自己送到另一半的嘴里,用一死了之的決絕,為后代成長騰出足夠的生存空間。我們很多人都聽說過螳螂小夫妻之間血色婚禮的故事。但其實在交配的那一刻,雄螳螂并不是心甘情愿獻出生命的,它們也很想活下去,并且會想法設(shè)法避開死亡的結(jié)局。但很多時候,這確實避無可避。因為螳螂之間的交配,只要開始了就不會停止,甚至不管公螳螂是死是活,精子都能成功完成轉(zhuǎn)移。所以很多時候,交配剛一開始,雌螳螂就會把公螳螂的腦袋直接摘掉,好確保這頓加餐不會白白跑掉。

而螳螂之所以會演化出這一套“性食同體”的求偶機制,為的是幫助即將受孕的螳螂媽媽儲備更多蛋白質(zhì),好讓受精卵更好地發(fā)育、提高后代的生存幾率。

而這種看起來殘酷的繁殖策略,在動物世界并非孤例。在我們熟悉的蜘蛛身上,就上演著類似版本的故事。首先,雌雄蜘蛛的體型差異往往極為懸殊。許多種類的雌蛛體型遠超雄蛛,其長度可達雄蛛的三倍。而極端例子如澳大利亞紅背蜘蛛(Latrodectus hasselti),雌蛛體重甚至可達雄蛛的200倍。加上雌蛛通常生性兇猛、攻擊性強,前來求偶的雄性稍有不慎,就可能淪為雌蛛的“盤中餐”。

但是和雄性螳螂無路可逃的命運不同,蜘蛛交配并沒有天生的“鎖定”程序。所以為了在完成傳宗接代使命的同時保全性命,雄性蜘蛛演化出了五花八門的應對策略:

跳蛛和狼蛛會通過狂熱的舞蹈取悅雌蛛,盡量降低雌性的攻擊性;而盜蛛則深知“彩禮”的重要——它們會用絲線精心捆扎獵物送給雌蛛,期待雌蛛飽餐之后能對自己“網(wǎng)開一面”。

但是部分雄蛛在第一次交配僥幸逃脫后,會冒著生命危險再次返回,為的就是通過多次交配增加后代數(shù)量,哪怕最終會因此被雌蛛吃掉也在所不惜。而還有一些雄蛛,在完成交配后并不急于逃命,反倒是爭分奪秒地用特殊分泌物封死雌蛛的生殖板。這種“堵門”行為能夠阻止雌蛛再和其他雄性交配,確保自己成為這場生殖戰(zhàn)爭的唯一勝利者。而為了實現(xiàn)這個目標,他們真的是連死都不怕。

而哺乳動物中的袋鼩,則是為了生孩子“殫精竭慮”的典范。

雄性袋鼩一旦進入發(fā)情期,就會在激素的作用下進入不吃不喝的癲狂狀態(tài),并且在2~3周的時間內(nèi),每天堅持和盡可能多的異性交配12~14個小時。而為了維持如此高強度的運動,他們的脂肪和肌肉會被快速分解、導致體重驟降,皮毛脫落,免疫系統(tǒng)崩潰,最終因為內(nèi)出血和器官衰竭死亡。所以在袋鼩的種群里,90%的雄性都會在第一個繁殖季節(jié)后死亡,只有很少數(shù)能夠活到第2年。但是作為一生只制造一次精子的“單次生殖”動物,勉強活到第二年的雄性袋鼩再也不會對雌性產(chǎn)生興趣,也不會再有留下后代的可能。

肯為生兒育女犧牲性命的,絕非只有雄性。

雌性章魚在交配后同樣喜歡吃掉老公,但產(chǎn)卵之后,會徹底停止進食,寸步不離地守在還沒孵化的小章魚周圍一邊警戒護衛(wèi),一邊推動水流沖洗章魚卵,防止氧氣不足、影響孵化。但動輒幾個月甚至幾年的漫長孵化時間,足以讓任何一只章魚媽媽熬到油盡燈枯。所以深海之中,每一只小章魚都是孤兒,因為在它們還沒孵化出來的時候,就已經(jīng)父母雙亡。但它們的出生本身,就帶著源自父母共同犧牲換來的祝福。

除此之外,從大海中拼盡全力逆流而上的太平洋鮭魚,同樣是為了傳宗接代不惜犧牲一切的典范。

無論雌雄,太平洋鮭魚從進入淡水那一刻開始就完全停止了進食,全靠燃燒脂肪硬撐數(shù)千公里路程;一路上需要逆流穿越瀑布、險灘,躲過棕熊、白頭鷹、還有人類的捕撈才能抵達目的地。據(jù)統(tǒng)計,最終只有0.4%足夠強壯又足夠幸運的鮭魚能夠抵達產(chǎn)卵地。

而等雌魚和雄魚在水底壘好巢穴、完成超過5000顆的產(chǎn)卵之后,它們的生命也走到了盡頭。隨著感染爆發(fā)、器官衰竭,成年鮭魚會在幾周內(nèi)集體死亡,而堆積于河床中的尸體會被微生物、浮游動物還有昆蟲分解消化,轉(zhuǎn)變?yōu)橛佐~孵化后的第一份營養(yǎng)餐。

自私的基因的角度探討。核心邏輯:利他善良,而是基因的“自私策略”。

當我們看到動物世界里這么多為了后代舍生忘死的付出之后,難免會心生觸動,被他們的犧牲深深感動,但與此同時,你會不會升起這樣的疑惑:利他、善良、這些如此復雜的想法,真的會出現(xiàn)在昆蟲、魚類還有低等哺乳動物身上嗎?

生命的本質(zhì)是一種攜帶著大量信息、并且還能不斷自我復制的遺傳物質(zhì),它們的訴求非常簡單,就是怎么才能長長久久地傳承下去。為了實現(xiàn)這個目標,基因形態(tài)從簡單的RNA,擴展到了由DNA、蛋白質(zhì)和RNA共同維系的遺傳系統(tǒng);生命載體從單個細胞演化出了多細胞的組織、器官、個體、甚至群體。但生命演化的目的和方向始終如一,就是怎樣才能在這個多變的世界中,把生命攜帶的那些遺傳信息安全高效地傳遞下去。

章魚母親絕食護卵直至死亡、雄性袋鼩交配后集體暴斃、太平洋鮭魚洄游產(chǎn)卵后腐爛在河里,這些看似充滿了自我犧牲和"利他主義"色彩的行為,實質(zhì)上,全都是基因在嚴酷的自然選擇壓力下精打細算得出的最優(yōu)解——通過個體生命的精準舍棄,換取基因拷貝的永續(xù)留存。

章魚具有同類相食的天性,如果小章魚和父母在同一片海域留存,生存競爭之下,幼崽就很有可能會被親代捕食。所以交配后的雄章魚,要么直接被雌性吃掉,要么會在兩三周內(nèi)自然死亡;而章魚媽媽的絕食自毀,既能為后代孵化保駕護航,也能避免自相殘殺的慘劇上演,讓后代有更多機會順利長大。

太平洋鮭魚洄游繁殖需要跨越咸水和淡水屏障,單次往返的淘汰率驚人,所以與其讓親魚存活、多次繁殖,不如采用“一次性繁殖”策略,投入所有資源,用最高的配子質(zhì)量和最大的排卵數(shù)量,確保后代延綿不絕。就連雄性袋鼩瘋狂的"自殺式繁殖",也能在提升自身后代比率的同時,在食物稀少季節(jié)為雌性及后代空出更多的生態(tài)位,確?;蜓永m(xù)。相比而言,大腦結(jié)構(gòu)簡單的螳螂和蜘蛛,犧牲的目的也最為直白,但正因為簡單有效,所以一直流傳至今。

不需配偶直接復制自身;偽裝自己性別以獲取交配機會

但既然繁殖的底層邏輯在乎的只是基因能不能有效傳承,那么除了全力以赴甚至悲壯犧牲,還有哪些特殊繁殖策略能讓動物在生存競爭中脫穎而出呢?

生活在美洲的新墨西哥鞭尾蜥蜴,它們的選擇是“躺平”。這些從來不用為談婚論嫁煩惱的小蜥蜴,一直靠孤雌生殖(Parthenogenesis)方式延續(xù)后代。所謂孤雌生殖,說的是雌性生物不需要經(jīng)過受精,就能直接利用自身卵細胞、生出雌性后代的一種繁殖方式。在雄性數(shù)量過于稀少的時候,很多無脊椎動物還有少量脊椎動物會用這種方式來保證族群延續(xù),等遇到雄性的時候,再重新恢復正常的兩性生殖。而像新墨西哥鞭尾蜥蜴這種徹底變回單性繁殖的方式其實非常危險,一旦遭遇環(huán)境劇變或者病原體侵襲,很容易發(fā)生族群滅亡的慘劇。

還有一些動物,表演天分極佳,生兒育女全靠演技。

很多雄魚在求偶繁殖的時候都會充滿攻擊性,會通過威脅和恐嚇,圈定出自己的勢力范圍,所以體格粗壯的個體,在這個時候會非常占優(yōu)勢。

但同一個族群中,總會有一些瘦弱的雄魚,能通過模仿雌性的外形和姿態(tài),游走于強壯雄魚巢穴周圍。等真正的雌魚被吸引到產(chǎn)卵地,順利排出卵子的時候,這些偽裝者會第一時間跑過去迅速排出精子,完成受精。然后在暴怒的強壯雄魚還沒反應過來之前,撒腿就跑、逃之夭夭。

除了智取,當然還能力敵。

我們都聽過夏日蟬鳴,那其實是求偶的雄蟬正在聲嘶力竭、呼喚心儀的伴侶。而那些聲音洪亮,持續(xù)時間最長的雄蟬,通常能吸引來雌性的關(guān)注和靠近。但有這么一些雄蟬,它們總是一聲不吭地埋伏在聲音最大的雄蟬附近,當雌蟬路過身邊的時候,它們會憑借養(yǎng)精蓄銳、以逸待勞的強壯體魄劫走新娘,輕松完成傳宗接代的人生大事。

其實生命的延續(xù),無所謂“溫暖”或者“冷血”, 也沒有什么“高尚”或者“卑劣”。很多動物行為和繁殖策略的形成,背后都只是基因在“自私”的衡量:這種模式、這種辦法,到底夠不夠有效?它在乎的,不是個體的生死,甚至也不是種群的延續(xù),而是特定的基因,有沒有獲得最大數(shù)量的復制。

但是,人類獨有的文化傳承,讓我們具備了獨立于生物學本能之外的自由意志,讓我們能超越生死和基因的束縛,因為愛去撫養(yǎng)沒有血緣關(guān)系的孩子長大,因為同情而愿意為拯救陌生人犧牲性命。所以,在我們?yōu)閯游铩袄毙袨楦袆拥臅r候,也別忘了為我們?nèi)祟惖摹伴W光”喝彩!

本文為科普中國·創(chuàng)作培育計劃扶持作品

作者:李旭 中國科學技術(shù)大學副教授 中國生物化學與分子生物學會會員

審核:黃乘明 中國科學院動物研究所 研究員

出品:中國科協(xié)科普部

監(jiān)制:中國科學技術(shù)出版社有限公司、北京中科星河文化傳媒有限公司

內(nèi)容來自:科普中國創(chuàng)作培育計劃

文章來源:科普中國

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