科普驿站 第64期
主题：性——一个问题（下）
科目：生物
难度：B2
时间：2020.3.25
讲师：杜瑾鸿
（接第57期）另外一个方面，是避开基因交流的个体会被清除。考虑一种极具诱惑性的行为。冒着莫大的风险与另外一个个体杂交，与维持我身上的运转良好的基因组合，哪个更好一些呢？在克隆与性的纷争中，也正存在这样的逻辑。如果这样的作弊行为毫无限制，自诩清高就会成为进化主流，种群中不再产生新的个体，结果不是跟克隆体一样就是比克隆体更惨。生命进化出很多防止这种行为的机构装置。交配时强烈的快感，还有复杂的性反应机制，以及衰老都是其例。前两个显而易见，衰老何从谈起呢？
有句老话说：“肾上腺素决定出不出手，多巴胺决定天长地久，5-羟色胺决定谁先开口，端粒酶决定谁会先走。”2010年，科学家成功地逆转了小鼠的衰老，这可能是个令人振奋的好消息，但也可能意味着一场灾难。
一般来说，细胞的分裂需要遗传物质的复制。
DNA的双链是反向互补的。相邻核苷酸之间通过3,5-磷酸二酯键连接，这个名称意在表示它是五碳糖中，5号碳上的磷酸基（上的一个羟基）与3号碳上的（醇）羟基结合形成的。所以链端会分别出现裸露的磷酸基和羟基，分别称5’端和3’端。聚合酶只能单向复制，且需要一个往往几个到几十个碱基长的核酸作引物，引物由DNA聚合酶α合成。对于旧双链中的其中一条，复制起点是旧链的3’端（新链的5’端），聚合酶ε以之为模板，畅通无阻地合成一条5’→3’的新链；另一条旧链的起点是5’端，聚合酶无法合成。
细胞解决这个问题的方法堪称巧妙，它先在该链起点前面的某处置一小段RNA作引物，聚合酶δ合成一小段DNA，再一直合成到复制起点；再放引物，再合成DNA；再放，再合成……最后，就出现了许多被RNA隔开的小段DNA（冈崎片段）。然后这些RNA被清除，聚合酶再以冈崎片段为引物合成剩余的链。但链仍不完整。空缺在于两端。而端粒就是用以修复它的。
2009年，诺贝尔生理学或医学奖被授予Elizabeth Blackturn、Carol Creider和Jack Szostak，以表彰他们在这方面的贡献。端粒出现在染色体的末端并不携带遗传信息，表现为某个固定重复的序列（如人类是TTAGGG），其最重要的结合物或相关蛋白是人端粒重复序列结合因子(telomeric repeat factor,TRF)，分为TRF1和TRF2。前者对端粒长度有减损作用，且可抑制端粒酶的行为；TRF2则可以防止染色体末端相互融合，对维持端粒的正常结构必不可少。每复制一次，端粒就舍己为人，丢失一段。这样，端粒逐渐耗尽，细胞将渐趋衰老，因此它被看作是生命的时钟。而端粒酶则可以修复端粒。
人端粒酶广义上来说是一种核酸-蛋白复合物，由互补于端粒DNA的RNA亚基(human telomere RNA,hTR)和端粒酶相关蛋白(telomere associated protein,TEP)（如hTERT,hsp90,hEst1A和hEst1B等）组成。这样一来你可能也快猜到这些部分是干什么的了。hTERT是关键结构和主要调控亚单位，由1132个残基组成，能逆转录hTR合成端粒并添加到染色体端。自1985年在嗜热四膜虫(Tetrahymena thermophila)中找到了端粒酶后，人们发现端粒酶活性在癌细胞等不死性细胞和受精卵（胚胎细胞）中存在，而在大多数正常体细胞中无法检测到端粒酶活性。故对于正常细胞来说，存在一个时限（称Hayflick极限）使之达到后失去复制能力，从而逐渐衰老（和死亡），而只有接合才能让时钟重置。这样就能清除不进行基因交流的个体。
这样的障碍并不是仅有的。实际上，在雌雄同体生物身上，无论是渐渗杂交还是自体受精，最终结果都只能是一个世系在若干代以后变得完全同质。蚯蚓是雌雄同体生物，雌雄生殖器十分接近，但无论如何弯曲都无法自体受精。有些植物的花朵虽然雌雄蕊皆有，但要么是化学或物理上的障碍，要么是成熟时机不同阻碍了自体受精。
阻碍机制的存在，再次把我们导向了由它引起的灾难性后果。基因共享的手段还不存在时，是什么让生命得以延续？也许可以另辟蹊径式地认为，共享一开始就无处不在，那时甚至没有个体可言。只有当性的稳固机制确立起来以后，个体才获得了立足之地。让我们回到几十亿年前，岩浆味奶油彗星佳酿。20世纪生物学最伟大的思想家与创新者Carl Woese在20多年前曾提出过，生命可能起源于一种没有边界的“超有机体”(superorganism)，那时，所有的生命都共享基因和新陈代谢。而性或者其他方式，则其实是在边界与隔离出现之后，仍继续进行基因交流的手段。事实上，生命从未放弃共享，我们看到不应该是进化树，而是“进化网”。这个观点也被David Quammen支持，他在2018年8月出版的著作《交横的树：生命新史》(The Tangled Tree: A Radical New History of Life)中，给出了它最具说服力的一批证据。
再来说性。性（尤其是两性）是作为一种最容易实现的基因共享的方式进化出来的。从水熊虫、蛭形轮虫两例能够看到，或许找到合适的杂交适配体能够导致的成功将是巨大的，但这样的几率太小了。可以想象，边界、多细胞生物的出现，都是对基因共享的打击。为此，通常只有不同的个体相互接触，才能使具有现实意义的基因共享成为可能。这最终使我们重新回到了Weismann，作为增加多样性的方式是一种表象，多样性的唯一途径是基因共享，性则是基因共享的最重要方式。其次，为了减小损耗，性就十有八九要与繁殖联系在一起，甚至成为繁殖的方式。在多细胞动物（尤其是结构复杂的高等动物）身上，性也作为一种决定新个体基因组的方式存在，因为任何对成年个体中个别细胞的改变，其效果往往都是微乎其微的。显然，性为什么是繁殖方式，和性有什么好处是两个问题。“性不必与繁殖联系在一起”，但这样一来，就不会再称作性了。
再次，它是在多细胞生物，尤其是在更高等的动物中，作为一种个体选择基因共享的对象的方式进化出来的。雌雄异体、体内受精可能只是早期的预兆，而配偶选择（行为）的意图则非常明显。如果你依然觉得过于抽象，还可以举个更加具体的例子。位于人类6号染色体的主要组织相容性复合体(Major histocompatibility complex, MHC)含有负责人体免疫功能的基因，具有广泛的多态性(polymorphism)。MHC基因相异的男女所生的孩子相对更加健康。研究发现，男女双方MHC基因的异同与相互吸引存在关联。MHC相异的双方将会对对方体味产生好感，情欲更加旺盛，婚姻更加稳定（不易出轨）。反之，这些指标全都降低。这个基因被广泛地研究，因为它被怀疑间接地驱动了多样性。
综上来说，性不愧是大自然鬼斧神工的伟大设计。基于此，性变成了生物界中最纷繁的构造之一。（2016年发现的一种“四根千足虫”，有4根阴茎（确切地说，生殖肢）。）但同时，它需要一定的支撑条件，如足够大的种群和足够丰富的基因库，这正是物种越珍惜灭绝越快的原因之一。性的意义已被我们找到，那么性的起源呢？遗憾的是，不像可以在实验室里煮酒论生命起源那样，我们找不到什么明显的迹象以及证据。不过，性的神秘面纱已渐被揭开，革命因故才要开始。
参考引源：
（注：本参考文轩/书目名录中，有的是最初信息源，有的是二次或多次信息源（即引用了的部分不是该文献/书目的原创性结果），但一定能追溯到最初信息源。）
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Figure origins：
第1面：网络
第3面：Schön, Isa, Martens, K. (Koen), Dijk, Peter van. Lost sex : the evolutionary biology of parthenogenesis. Springer, 2009.
第4面上：维基百科
第4面下：网络
第5面上、下：网络
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不如想一想目前人类文明之中。
尤其是那些较为发达的国家。
越发达的国家的人为什么越来越就不想？
生育？
找到根源所在了之后要如何去解决？
哪怕理论上能够做到。
现实中那些统治者们
估计也不会做。