癌細胞讓我們演化出了性行為？

來源：環(huán)球科學(xué) 發(fā)布時間：2019-06-21瀏覽：2529次

癌細胞讓我們演化出了性行為？

　　　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后代。但這種看似理所應(yīng)當(dāng)?shù)男袨椋瑓s成為了困擾生物學(xué)家一百多年的問題。有性繁殖的存在意義是什么？性行為需要消耗大量的能量，甚至威脅生存，但為什么超過99%的真核生物都選擇了有性繁殖？最近，發(fā)表于PLoS Biology的研究指出，性行為或許是癌細胞驅(qū)使演化出來的。。。

　　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(zhì)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，兩個配子融合之后就實現(xiàn)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于尋找伴侶或者求 偶。另外性細胞也要作出很多改進，保證沒有給后代傳遞錯誤信息。更關(guān)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，只需要復(fù)制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(jié)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，無性繁殖只用一個；同樣是兩個后代情況下，有性繁殖誕生一雄一雌才能算給種群繁衍提供了基礎(chǔ)，而無性繁殖 在第二代的兩個雌性都能繼續(xù)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。

　　為什么生物要選擇更復(fù)雜、更耗能的繁殖方式呢？一百多年前，德國演化生物學(xué)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(chǔ)。”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(jì)30年代，遺傳學(xué)家Fisher和Muller在Weismann的基礎(chǔ)上首次提出了有性繁殖的系統(tǒng)理論——Fisher-Muller 假說。該假說認為有性繁殖可以加快優(yōu)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(yōu)勢基 因，F(xiàn)isher等人認為這對于整個種群的穩(wěn)固是很有利的。

　　但是到了70年代，出現(xiàn)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(xù)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(chǎn)生稀有基因型，獲得抵抗病原體的能力。該假說甚至已經(jīng)得到了動物實驗的支持，在大型蚤中，通過有性繁殖出的后代，它 們抵抗病原體的能力是無性繁殖后代的兩倍。

　　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，那么為什么性是隨機 的？自然沒有強制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(fā)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(yīng)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(xué)的演化生物學(xué)家Frederic Thomas提出了一個很犀利的問題：“假如你已經(jīng)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(jīng)很完美了，為什么不直接再制造一個自己？”

　　癌細胞讓生命演化出性行為？

　　癌細胞對最早期的生命來說并不是一個問題，這些原核生物或者單細胞生物通常都是無性繁殖，通過復(fù)制染色體然后分裂，就產(chǎn)生了一個新的個體。但是真核細胞出現(xiàn)后，事情開始變得復(fù)雜起來，真核細胞傾向于聚集到一起，因此產(chǎn)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，并且會大量消耗個體的能量，甚至造成個體死亡。癌癥也 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(jīng)發(fā)現(xiàn)，還存在一類傳染性癌細胞，可以在某些動物物種內(nèi)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(xiàn)傳播。

　　執(zhí)行無性繁殖可以節(jié)約許多能量，但是正因為后代基因組都一樣，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(tǒng)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。傳染性癌細胞也會拼命改變自己基因組與宿 主相異部分，來向其他個體傳染。

　　多細胞個體為了應(yīng)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(tǒng)分辨和區(qū)分哪些細胞是自身的，哪些是外來的。那么最好的方式就是與一套完全不同的基因組進行結(jié)合，這樣產(chǎn)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(gòu)成一個全新的后代。而新誕生的后代是傳染性癌細胞從來沒有接觸過的個體，因此還沒有產(chǎn)生應(yīng)對該個體基因組的方式，這可以極大地提升后代識別并消滅癌細胞的能力。

　　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，怎么都消 滅不干凈？

　　當(dāng)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，是否能成為抵御癌細胞感染的關(guān)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，獲取攻克癌癥的線索。Thomas強調(diào)了許多生命現(xiàn)象的復(fù)雜性，“生物學(xué)上，很多事情不是一種說法就能 完全解釋清楚的，性行為背后肯定還隱藏著更多種解釋等待我們發(fā)現(xiàn)。”