【古生物大小事】李世緯/陰錯陽差

圖/Silvia
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只是策略改變而已

無性生物(單一一種性別)演變成有性生物(兩種或兩種以上性別)是生命演化歷程中一個很重要的事件。地球早期的生物都是這些單細胞、沒有性別,也就是不進行「有性生殖」的生物。牠們靠著無性繁衍,一個分裂成兩個,兩個分裂成四個,這樣一代一代地傳播下去。因為複製與分裂,所以理論上代代相傳的基因與形態是一模一樣的。

至於有性生殖,顧名思義就是擁有兩種不同性別形式的生殖模式。生殖之前,必須先把基因體減半製造出生殖細胞,再藉著不同性別生殖細胞的結合,回到原來雙倍體的個體。也正因為有這麽一段基因重組的過程,所以不同個體之間的基因型都是不一樣的。

那麼,從無性生殖的生存策略,又是如何過渡到有性生殖的生存策略呢?

觀察今天的單細胞生物,很多細菌體內擁有單獨存在的一小段遺傳物質(DNA)。這些被稱為「質體」的獨立遺傳物質,經常被細菌透過菌絲在不同個體之間送來送去。這種交換遺傳物質的行為,可以看成是非常早期的「有性生殖」行為。

根據推測,這種行為模式甚至可能早在距今二十億年前就已出現了。早期的地球由於大氣組成成分的緣故,紫外線非常強勁,再加上生物個體自我保護能力不足,很容易因為遺傳物質的失能而導致死亡。

想像一下,一種因為品質太差動不動就無法讀取的USB隨身碟(遺傳訊息),很容易就成了一個垃圾。在那個只是曬太陽就足以致命的細菌世界,維持遺傳物質DNA的穩定,便成了維持生命的訣竅。

細菌們如何克服這一個難關,有一個大膽且有趣的假設:細菌有可能發展出一種利用另一隻細菌的DNA,來檢查並修補彼此遺傳物質的方法。要做到這一點必須適時與別的細菌融合,整個個體的融合或至少部分融合,將互相的DNA對比且拷貝一份,以取代已經失去功能的片段。這樣,原本的單倍體就形成了一個短暫的雙倍體時期,也就是一個細胞膜內同時擁有兩份遺傳物質。

在單倍體與雙倍體交替出現的生命模式中,也許因為雙倍體具備了穩定、功能齊全、適應力強等特性,演化開始明顯地偏向雙倍體時期。不均衡的發展到後來讓原本應該是主體的單倍體時期,被壓縮到只剩下精子與卵子這樣不僅個體小,存在時間也短的過渡階段。不過,不管再怎麼短暫渺小,單倍體期還是絕對必要的。

群聚更有利存活

多細胞生物的出現也是演化的一個重大課題。但,生命是如何從單細胞生物演變成多細胞生物的呢?

讓我們參考一下今天存在最簡單的多細胞生物--海綿。海綿其實比較像是由許許多多的單細胞生物群聚在一起而成的,雖然不同的海綿細胞依舊擁有不同的功能,不過一部分的海綿細胞卻是可以自由游離這個母體而不受約束。

其中一種假設,是在距離今天十億年、八億年前,地球遭遇了數次非常巨大的低溫潮,讓整個地球表面完全結冰。在這個對生物極端嚴酷的時期,有可能刺激單細胞生物形成了臨時的群居生活,以求共度難關。類似這種因極端環境而促成的群聚,如今在大自然中還是可以被觀察到的。群居所帶來的好處很多,以至於當冰期退卻之後,演化選擇了這種更有利於生物個體存活的方式,也就開啟了多細胞生物的多樣世界。

說穿了,「陰錯陽差」是因為結果大出「我們」所料,故事的發展與最初的腳本完全不一樣;但,倘若回看人家的每一小步,可又都是合情合理的呢。

基因 DNA

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