如果我们像蘑菇一样有143种性别，找对象会变得更轻松吗？

自然界存在一些物种，性别种类超过两种以上。最新的一种研究模型表明，性别种数取决于物种的交配频率。

Jordana Cepelewicz

封面：盘基网柄菌

 一般来讲，我们倾向于默认雄雌这两种生物性别。但在精子和卵子还没有进化出来之前，在生殖细胞还没有发生形态上或尺寸上的变化之前，生命体是没有所谓的性别之分。

现在很多真菌、藻类、原虫也还是没有分性别。不过，这些物种虽然没有性别，但是却有不同的交配种类。你可以理解为，在分子层面上有不同的性别细胞，但在解剖学层面上没有不同的性别组织结构。

而且这些不同的交配种类还不是成对出现的。

拿社会型阿米巴盘基网柄菌（Dictyostelium discoideum）来说，它们就有三种交配种类。每种类型都可以和其他两种配对。簇生鬼伞（Coprinellus disseminatu），子实体部分为白色的一种蘑菇，有143种交配种类，同理，每一种都可以和其他142种配对。有着毛茸茸伞部的裂褶菌，其交配种类超过2万3千种（不过它的繁殖策略过于复杂，所以不再是每一种都可以和其他种类配了）！

在澳大利亚人口最多的新南威尔士州那边，有一种真菌长得像折得特别讲究的扇子，拥有超过2万3千种性别。每一种裂褶菌（Schizophyllum commune）还都能找着合适的交配对象，这恰恰证明了物种数量和多样的必要性。

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图片来源：Steve Axford

新的理论

为什么大部分的生物只有两种性别呢？

英国巴斯大学研究员乔治·康斯坦布尔（George Constable）和苏黎世大学演化生物学家汉娜·可可（Hanna Kokko）找到了这个问题的答案。

他们在《自然-生态与演化》上发表的论文提出一个模型，根据三个底层的生态学因素（变异率，也就是产生新种的概率；种群数量；交配的频率）可以预测出一类物种有多少种交配类型。他们的研究工作不仅帮助我们了解到这些生物，还能加深我们理解两性是如何演化的。

很多科学家认为，生命出现的早期，交配种类的演化是为了绕开近亲繁殖可能带来的危害。但如果一种生物和另一种有生殖隔离的物种交配的话，那就无法产生后代了。

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如今，这个关于繁殖种类数的假说只在稳定性这个命题上得到了比较高的地位。

按说，物种的繁殖种类越多，对物种的存活会越有利。繁殖种类数是2的话，那么种群里有一半的生物相对另外一半来说，都可以作为配偶。如果这个数字是3，那可繁殖的对象上升到种群的三分之二。如果变异后带来了新的繁殖种类，那么完全不用担心找不到适合繁殖的对象；反而，可繁殖的对象数量会大大增加，范围会放宽到每一个个体。这样的话，能大大增加子代的数量。

“所以，更符合直觉的情况应该是繁殖种类的数量会越来越多。”康斯坦布尔说。

如今，这个关于繁殖种类数的假说只在稳定性这个命题上得到了比较高的地位。只维持两种繁殖种类也许是更好的一种选择。信息素信号的网络更简单更高效，以及从母代传细胞器到子代的筛选系统也更容易操作。

但这些假说没有考虑到相互猎杀的可能。

康斯坦布尔突然意识到，“我发现，我们一直默认这些物种一直在繁殖。”这个预置的假设，对他理解种群是如何演化的有巨大的影响。因为，在非繁殖期间，繁殖种类这个特征就是中性的了。观察后发现的情况是，一般都会有几种种类是主导的，然后其他种类就会消失了。

根据他们的模型，那些比较重度依赖繁殖的大型种群能留有比较多的繁殖类型。但繁殖频率低的物种则没有那么多的繁殖种类。

康斯坦布尔和可可产生了一个新的疑问。繁殖频率要有多低，现在的繁殖种数才会只剩下两个呢？

少到可怜。结果他们发现，只要数以千计的子代里有一次就够了。

这些在伦敦拍的墨汁鬼伞（Coprinellus disseminatus），就有143种繁殖种类。每一种都可以和其他142种交配。

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图片来源：Stu’s Images

“一开始，我很失望。”康斯坦布尔说，“143这个数字太小了。”

但是当他和可可去自然界里寻找例子时，他发现他们的模型预测结果是非常优秀的。

理解多样性的意义

慕尼黑工业大学演化生物学家Bart Nieuwenhuis说，“这（成就感）就是做研究最美好的地方。”

按说，像阿米巴、真菌等只有两种性别的生命体的交配频率应该挺低的，因为大部分时间都是快速低耗能的无性繁殖。像有些酵母菌，每1000到3000代才会有一次有性繁殖。当生存环境变得恶劣的时候，有性繁殖交换基因有可能会产生有利于存活的性状，从而有可能提高他们存活的几率。

悉尼大学进化生物学家Jussi Lehtonen说，“这个谜题很久都没解开，提出一种合理简洁符合这些生命体生物学的解说花了很长时间。”

可可认为，只根据小鼠、果蝇、大肠杆菌的生命体模型来理解我们的生物学底层原理还是不够的，我们应该去发现自然界里多样性更为底层的功能。

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虽然这些物种遵循的规律看起来很难懂，但这可能帮助我们理解那些熟悉的性状。

“研究人员有时候看待多样性的解读角度和目光有些短浅。也不是所有的生命都遵循大多数最常见的规律。”

她希望这次的研究，能激发同行做更多非模式生物的实验。非模式生物的研究，比如说她这次做的工作，也能够帮助科学家打下基础，比如说特殊物种的信息素信号以及细胞器遗传的机制。

虽然这些物种遵循的规律看起来很难懂，但这可能帮助我们理解那些熟悉的性状。“我们可以把只有两种繁殖种类看作雄性和雌性的演化触发条件。”法国里尔大学生物学家Sylvain Billiard提到。

康斯坦布尔和可可的模型提供了一种性别出现的可能机制。Nieuwenhuis观察到，当交配频率太低，也很难找到配偶时，那主流的繁殖种类数就是2。这种情况下，特化的更小的，可以更容易到达配偶体内的配子就出现了。也许就是从这里，开始了性别的分化。

Nieuwenhuis尝试在实验室验证这个假说。他一直在让酵母菌裂变，使之产生能与另外两种交配的第三种繁殖类型。“太难了，”他说，到现在他都没有成功过。

康斯坦布尔还认为，这研究工作还可以有更多直接的应用。有一种会感染庄稼的致病型真菌，它的其中一种繁殖种类破坏力极强。控制这个种类的基因，也许和抗真菌药的基因关联起来的话，就能消灭掉这种真菌。

搞明白这些性状如何能关联在一起，可以有效地控制或防止枯萎病。

吉尼瓦大学的一位博士后Zena Hadjivasiliou说，“从某些角度上来说，先从简洁的、符合直觉的想法开始（提出假说）。然后有时候最精湛的工作就是来自于这些简洁的灵感。”

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翻译：Root

编辑：EON

原文：https://www.quantamagazine.org/to-remember-the-brain-must-actively-forget-20180724/

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