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      有性繁殖的起源

      21-03-12 11:16    作者:輝格    相關股票:

      【2021-03-07】

      Matt Ridley在《紅皇后》里討論了有性繁殖的起源問題,在他分析的各種假說中,他最終偏愛的是寄生對抗假說,即宿主通過不斷改變基因組合來對抗寄生物對自身的適應,

      十多年前讀這本書時我對他的分析挺信服的,但這幾年越來越覺得,他可能忽略了更簡單直接的理由:有性繁殖或許只是一種多樣化投資策略,

      從物種或群體的層面上看,多樣化紅利是很明顯的,實際上,對有性繁殖的很多現有解釋都和多樣化紅利多少有點關系,比如:

      1)有機體中保持不同來源的兩套基因副本,可以控制因其中一套中的某些基因出錯失效而帶來的損害,

      2)雙套DNA這種冗余方案,可以讓一些并非處于優勢組合中的有益變異存續下來,相反,在無性繁殖中,任何有益變異只要不是出現在一個優勢種系上,都會連同它們所在的有機體而一起被淘汰,就好比寒門子弟的任何絕世才華都會因為全家餓死而消失,

      3)同理,冗余方案可以保存很多在當前沒有優勢,但未來不知道哪天可能就表現出優勢的變異,

      4)有性繁殖極大提升了對適應性空間進行并發搜索的效能,因而加速了物種的進化,因為它克服了無性繁殖中那種單步游走算法的局部峰值鎖入問題,(有性繁殖的每個后代其實都在適應性地圖上從親代的位置上被拋出了一段,因而不再是單步游走),

      問題是,這些解釋(除了第一條)都有個困難:它們的好處是對群體或物種而言的,而未能說明,最初采用有性繁殖的個體如何可以為自己獲得遺傳收益——Ridley在書中正確的指出了這一點,

      可是,假如我們把有性繁殖看作一種多樣化投資策略,這個困難就消除了,雖然多樣化并不能提高期望收益率,但可以提升安全性,也就是降低絕后風險,在環境條件不穩定的情況下,這種策略會受自然選擇的偏愛,

      比如,假設多樣化策略導致平均遺傳收益率降低5%,這一劣勢可能會讓一個種系在幾十代之后滅絕,但同時,假如在此期間發生5次天災,每次只有20%個體幸存下來,一半種系被消滅,而多樣化策略可以將種系滅絕的幾率從50%降至10%,那么,幾次天災過后,這些采用了多樣化策略的種系會變得更繁盛,盡管兩次天災之間它們表現比其他種系差,所以,只要天災的間隔足夠短,短到讓這些種系不會因其在常年的劣勢而在兩次天災之間滅絕,那么多樣化策略便是有利的,

      重要的是,這一解釋基于經典自然選擇,而不是群選擇,因而不會面臨群選擇所面臨的那些理論困難,

      而且它也得到了一些經驗證據的支持,比如許多生物同時具有無性和有性兩種繁殖模式,通常在資源充裕的時期以無性繁殖為主,而在匱乏期則轉入有性繁殖,

      我在自己院子里就觀察到了這一現象,有幾種景天科的多肉植物,無性繁殖方式是這樣的:不斷分支生長,當其中一個分支重到無法自我支撐時,便向地面倒伏,然后接觸或靠近地面的莖上長出根須,扎進土里,此時這一支若(無論以何種原因)與原植株分離,便成了新的一株,

      另一種方式是:肉質葉片掉落,葉片蒂部長出根須,扎進土里,長成新的一株,

      無論哪種方式,都需要一小片可以扎根的泥土,所以當這些多肉植叢蔓延到一塊水泥地上時,無性繁殖便無法繼續了,于是便開花了,我在院子的幾個位置都種上了這些多肉,到開花季節,花的分布特征非常明顯:水泥地上方的花總是開的最盛最密

      @FlyingRaymond_1:前段時間在書上剛看到的,既能無性繁殖也能有性繁殖的生物,都傾向于在物質條件豐沛的時候無性繁殖,在碰到困難的時候有性繁殖。

      @whigzhou: 是的,這一點從商業角度也很好理解:假如一切順利,收益豐厚,那就何不原樣重復之前的做法呢,俗話說窮則思變

      @whigzhou: 當危機來臨,很可能*怎么著都是死*時,就會樂意博一博新路子,如果能有機會同時博幾條新路子,那當然就更好了,這大概就是有性繁殖的最初動因

      @whichicanuse:但是有再多好處也很難解釋是怎么起源的[允悲]

      @whigzhou: 在達爾文主義綱領下,說明對個體的好處(更準確說是內含適應性)是探索起源問題的第一步,你構造的假說必須先通過這一關,才值得付諸經驗檢查

      @whigzhou: 而我個人最感興趣的,正是前期這部分工作,因為這些假說中蘊含的原理往往可以運用于別處,而特定某段進化史細節則沒有那么多的一般價值

      目前常見的連鎖零售業都像是無性繁殖,設想一下,假如麥當勞改成有性繁殖會是什么樣:(為簡化敘事,假設遺傳物質交換只涉及菜單)每家新店的菜單將從其父店和母店的菜單中各隨機挑出一部分拼合而成,同時允許做個別調整,比如加入一種新菜,

      從短期收益看,這么做好像太瘋狂,如果你已經找到一種好賣的菜單,老是動來動去肯定不是好主意,可是,假如你置身于一個消費口味極其多變難測的市場中,這么做能帶來安全性,當然,前提是其代價不至于高到讓你無法在短期生存下去,不過你也可以采取一些措施來控制這一代價,比如:1)嚴格限制個別調整的頻率,2)規定交配雙方的最大遺傳距離,這可以保證兩份父母菜單足夠相似,因而交換重組所帶來的改變并不太多,

      其實,更進一步,類似的多樣化投資策略可以不限于模擬有性繁殖,也可以模擬共生關系,比如,假設麥當勞采用這樣一種經營模式:每家店都由一個快餐店和一個便利店以某種形式復合而成,所以每當新開一家店時,麥當勞會租下或買下一個面積兩倍于快餐店所需的店鋪,其中一半以收益分成的形式租給一位加盟者,讓他自己決定做什么生意,麥當勞分得收益的某個固定比例,這就相當于用一個大規模并行搜索算法來找出最佳的業態組合

       

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