本文发表于《大众科学》的前博客网络，仅反映作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点
性行为会耗费大量的时间和精力。以极乐鸟炫耀它们的尾巴，雄鹿用它们的鹿角互相角斗，或者单身人士在嘈杂而闷热的酒吧里度过周末为例。对于我们这些有性繁殖的物种来说，性真的值得我们集体投入的所有努力吗？
尽管有许多青少年的挫败感和MTV的影响，但大多数生物学家认为性行为是完全值得的。通过性行为，每一代新生代都会从父母那里获得新的基因组合。这使得物种更容易适应不断变化的环境，因为基因可以在种群中快速传播。
在无性繁殖物种中，每个后代都将在基因上与其父母相同，这使得它们难以弥补不利的突变。生物学家预计，有害突变将在无性繁殖物种中积累，这个过程被称为穆勒氏棘轮。随着无性繁殖谱系中的每一次突变，穆勒氏棘轮都会向灭绝的方向迈进一步。
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虽然从短期来看，无性繁殖可能会节省大量的时间和精力，但从长远来看，无性繁殖物种预计会输给它们的有性繁殖的同类。性是遗传多样性的驱动力，而遗传多样性是我们所依赖的 [1]。
然而，无性繁殖物种不断地在生命之树中涌现，目前有超过 90 种脊椎动物和更多的昆虫致力于无性繁殖的生活方式 [2]。所有这些物种是否都买了一张通往灭绝的单程票？或者它们是否找到了使无性繁殖长期有效的方法？
偷窃性行为
在一些蝾螈（或Ambystoma）种群中，所有个体都是雌性。它们与北美东北部的四种有性繁殖蝾螈物种共存。奇怪的是，当你观察单性蝾螈的基因时，你会发现它们是混合了可以在有性蝾螈中找到的基因。
单个雌性可以在其细胞中携带来自这些不同蝾螈的五个完整基因组副本。例如，具有“LLJ”生物型的单性蝾螈将两个蓝点蝾螈 (L) 基因组副本与一个来自杰斐逊蝾螈 (J) 的副本结合在一起。（左图：四种蝾螈物种的雄性，它们的基因组可以在单性物种中找到。从左到右：A. jeffersonianum、A. tigrinum、A. laterale 和 A. texanum。）
由于每种单性蝾螈都是多种不同蝾螈物种的基因混合物，因此很难追踪它们何时何地进化而来。幸运的是，线粒体DNA（主要从母亲传给女儿且基本不变）提供了更清晰的图景。这种 mtDNA 表明，所有单性 Ambystoma 都是从一种与溪边蝾螈密切相关的蝾螈进化而来的，这一过程令人印象深刻地发生在 500 万年前 [3]！单性蝾螈是溪边蝾螈和另一种未识别物种浪漫邂逅的杂交结果。
它们有 500 万年的历史，是记录中最古老的单性脊椎动物。但是一个物种真的能在没有性行为的情况下生存 500 万年吗？穆勒氏棘轮不应该在很久以前就驱使它们灭绝了吗？
这些蝾螈的秘密在于，虽然它们可能是单性的，但它们并非无性。换句话说：它们正在进行性行为。它们仍然需要精子细胞来触发它们的卵细胞发育成胚胎。由于它们的种群中没有雄性，它们会与它们密切相关的有性邻居交配 [4]。
通常情况下，精子不允许将其 DNA 贡献给胚胎。但有时安全措施会失效，一个母系基因组副本会被替换为新鲜的父系副本。这也是它们携带如此多不同基因组副本组合的原因。（右图：当单性蝾螈和有性雄性交配时，卵细胞的母系基因组副本 (B) 有时会被替换为精子中存在的父系副本 (M)。）
尽管拥有全雌性种群，但这些蝾螈仍然可以通过这种方式避免基因停滞。它们的性策略使它们能够利用来自四个不同物种的有性努力。它们所要做的就是诱惑雄性进行性行为，然后偶尔窃取它们辛勤工作的成果！
偷窃基因
蛭形轮虫将无性繁殖更进一步。它们至少在 3500-4000 万年前就抛弃了性行为 [5]！蛭形轮虫是生活在淡水环境中的微小动物，它们以碎屑和藻类为食。尽管它们体型很小，但它们是真正的动物，具有颌、喉、胃和肠道 [6]。它们以在它们生活的水干涸时自行脱水的能力而闻名。当情况变得更有利时（读作：更湿润），它们会通过补水重新启动，并像什么都没发生过一样继续生活。
但正是它们持续的独身主义使蛭形轮虫真正出名。从未观察到过雄性蛭形轮虫。与单性蝾螈不同，雌性蛭形轮虫完全摆脱了性和雄性。从每个未受精的卵中，都会出现一个新的轮虫，它是其母亲的精确克隆。事实上，它们已经这样做了数百万年，并且设法进化成不同的蛭形轮虫物种，这使得约翰·梅纳德·史密斯在 1986 年将它们描述为“进化丑闻”[7]。没有任何动物谱系应该能够在没有性行为的情况下生存如此之久！
但蛭形轮虫已经找到了自己独特的维持遗传多样性的方法。它们不是进行性行为，而是大规模地导入外源基因 [8]。它们在摄取哪些基因方面也不是很挑剔。就蛭形轮虫而言，整个生命之树都是公平的游戏。它们已经从细菌、植物和真菌中获取了基因。仅在其基因组的 1% 中，研究人员就已经发现了数十个外源基因。虽然其他动物偶尔会导入外源基因，但没有一种动物能与蛭形轮虫的遗传灵活性相媲美。通常维持细菌细胞壁或在细菌中产生抗生素和毒素的基因都在轮虫基因组中找到了新的家。虽然一些较旧的基因已经被改造得更像原始轮虫基因，但较新的基因仍然看起来像细菌和真菌的原始基因。这意味着蛭形轮虫长期以来一直在窃取基因，并且没有显示出在短期内停止的迹象。
蛭形轮虫的盗窃癖可以使它们比其他物种具有很大的优势。细菌在生物化学方面比动物所能希望的更加多样化，因此窃取它们的基因听起来像是增加自身代谢能力的绝佳策略。当数十亿生物体的综合进化潜力摆在你的脚下时，为什么还要进行性行为呢？
蛭形轮虫对干旱的抵抗力与它们窃取基因的非凡技能有关。当它们自行脱水时，它们不可避免地会损坏自身的膜和 DNA。当它们补水时，它们必须修复其 DNA 以消除损害。这段修复期是外源基因可以整合到基因组中的机会窗口。蛭形轮虫甚至可能以这种方式在它们之间交换遗传物质，这是一种奇怪的伪性行为。
变成无性繁殖并不容易。当有性繁殖已经确立时，遗传和发育限制会阻止向无性繁殖的轻松转变 [1]。那些设法摆脱困境的物种需要其他过程来产生足够的遗传多样性，以避免因遗传停滞而灭绝。从蝾螈到轮虫再到人类……我们都需要一点点性。
引用
1. Engelstädter J (2008) 对无性繁殖进化的限制。BioEssays 30: 1138-50.
2. Lampert KP, Schartl M (2010) 少总比没有好：蝾螈、青蛙和鱼类的不完全孤雌生殖。BMC biology 8: 78.
3. Bi K, Bogart JP (2010) 一次又一次：单性蝾螈（Ambystoma 属）是最古老的单性脊椎动物。BMC evolutionary biology 10: 238.
4. Bogart JP, Bi K, Fu J, Noble DW, Niedzwiecki J (2007) 单性蝾螈（Ambystoma 属）为真核生物呈现了一种新的繁殖模式。Genome 50: 119-36.
5. Waggoner B, Poinar G (1993) 多米尼加琥珀中的化石拟轮虫。Experientia 49: 354-357.
6. Baqai A, Guruswamy V, Liu J, Rizki G, Speer BR (2000) 轮虫纲简介。可用：http://www.ucmp.berkeley.edu/phyla/rotifera/rotifera.html。
7. Maynard Smith J (1986) 思考没有性的生活。Nature 324: 300-301.
8. Gladyshev Ea, Meselson M, Arkhipova IR (2008) 蛭形轮虫中的大规模水平基因转移。Science 320: 1210-1213.
图片来源：蝾螈图片来自第三个参考文献（Bi 和 Bogart 2010），盗配生殖来自第二个参考文献（Lampert 和 Schartl 2010）。蛭形轮虫图片由Umberto Salvagnin提供。
延伸阅读
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关于作者
卢卡斯·布劳威尔斯是一位刚毕业的大学生，他在荷兰奈梅亨的拉德堡大学获得了疾病分子机制理学硕士学位。卢卡斯在 thoughtomics 上撰写关于进化的博客，并在推特上使用账号 @lucasbrouwers。除了撰写科学文章外，您还可能发现卢卡斯戴着耳机听电子音乐，或者在低地国家骑自行车。