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当你有基因转换时,谁还需要性?

探索蛭弧菌的奥秘,一种无性动物,以其独特的基因组结构挑战进化规范。了解它们如何生存!

作者:Razib Khan
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来源: Gross, Liza. "Who Needs Sex (or Males) Anyway?." PLoS Biology 5.4 (2007): e99.蛭弧菌因其似乎是专性无性动物的谱系而备受关注(理查德·道金斯在他的《祖先的故事》中对此有详尽的讨论)。它们没有性行为并非大事。细菌也没有性行为,但它们非常成功。而问题在于,它们没有性行为,但它们是复杂的,并且作为一个谱系获得了成功。这通常是不可能同时发生的。一种可能的解释是,复杂的生物体会受到诸如穆勒棘轮之类的现象的影响,即它们开始积累有害等位基因的负荷。性行为,通过基因重组,是一种通过混合和匹配等位基因来逃避这一过程的方式。通过产生携带超过预期有害等位基因数量的后代,谱系可以摆脱可能固定下来的不利突变。如果没有能力随着时间的推移摆脱坏突变,它们就会堆积起来,并最终可以推测该谱系将无法生存。这只是生物学家们给出的关于孤雌生殖的多细胞动物谱系长期不成功原因的众多原因之一。尽管性行为存在两倍的代价,但在多细胞动物中却无处不在。这是一个压倒性的事实,而蛭弧菌的例子与此形成对比。一篇发表在《自然》杂志上的新文章,通过分析其基因组,试图解答蛭弧菌的谜团。基因组证据表明蛭弧菌 Adineta vaga 经历了无有丝分裂进化据我所知,作者发现蛭弧菌(或该物种)的基因组是一团糟。单个基因拷贝的混乱排列,使得正常的配对(减数分裂的必要条件,减数分裂是常规的性生殖前驱)无法发生。我的意思是,似乎存在一个阻碍性行为的结构性障碍。这表明进化过程不仅仅是一个盲目的化学适应性优化过程。遗传密码底物的结构本身似乎就阻碍了性行为的再出现,从而关闭了通往适应和适应性优化的可能路径。适应性景观肯定不是平坦的。那么,考虑到我们对无性多细胞谱系的了解(它们不会长久存在),这些蛭弧菌是如何生存下来的呢?这篇论文提出的两个主要解释似乎是基因转换和水平基因转移(例如,通过病毒从细菌那里获得)。在基因转换过程中,假定的有害等位基因被简单地逆转回野生型。与此同时,水平基因转移(例如,来自细菌)可能会持续不断地为该物种注入新的变异,而该物种本身是克隆谱系的增殖。上述两种现象似乎是蛭弧菌避免其结构强制性无性行为陷阱的显而易见且平凡的方法。这让我不禁要问,为什么更多的生物不表现出这种特征?许多谱系都有孤雌生殖的分支。但很少有像蛭弧菌那样取得如此巨大的成功。如果发现其他具有蛭弧菌基因组特征的有性多细胞动物,那将是很有趣的。也许存在一些谱系能够成功地进行减数分裂,尽管存在蛭弧菌已经规避的障碍。当然,这需要我们有更多的“基因组论文”。

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