生物是怎么进化成雌性和雄性的？

今天的两性制度应是以前多性制度垮台之后 的结果 有的生物有13种性别，有的可以同性 繁殖———大自然孕育了生物，生物在进化过程中 慢慢地出现了性别。从理论上讲，一种生物 可以有多种性别。事实上，有种黏液霉菌就 有13种“性别”。但这些多性别的物种很稀 有，大多数物种都只有雌性和雄性两种性 别。 在澳大利亚的昆士兰州有一种蜥蜴，其 种群中不曾发现过一个雄性，雌性不需要精 子来受精，它们的卵在预定的时间分裂，然 后便长成一只小蜥蜴，而所有以这种方式产 生的蜥蜴都是雌性。性在进化上究竟有什么 好处？为什么大多数生物都选择了两性的繁 殖方式？ 为什么性别一般只有
雌性和雄性两种？早在1958年，对现代达 尔文主义的创立有重大贡献的生物学家罗纳 德·费舍尔在他的著作《自然选择的遗传学 理论》中，就明确提出了这个问题。但这个 问题在此后40多年的时间内都没有得到很 好的解答。 在澳大利亚墨尔本举行的第19届国际 遗传学大会上，温哥华英国哥伦比亚大学的 进化生物学家莎莉·奥托教授发言说：“鸟类 交配，蜜蜂交配，人类也交配，但是却无人 知晓性别究竟是如何进化的。假如可以创造 出能够自行繁殖的女性，为什么还要创造男 性呢？无庸讳言，21世纪的今天，进化生 物学家仍然没有走出性别进化的迷宫。” 性在进化上究竟有什么好处？雌性为什 么愿意付出这“50％”的代价？ 许多生物，不需要雄性和雌性，照样可 以代代相传。比如，细菌就是通过最简单的 方式自我复制———一个变成两个，两个变 成4个，依此类推。通过无性繁殖而产生的 个体，都是完全相同的“复制品”。 在只有两种性别且雌雄异体的生物中， 一个个体要繁殖后代，就必须要与同种的异 性个体进行交配。性对于生物体本身并不是 一件什么好事。对于雄性来说，他们要花费 大量的时间和精力去寻找和讨好配偶，或为 求偶而战，弄得伤痕累累乃至有生命危险。 对于雌性来说，有性生殖的结果使她们的基 因只能有一半传给子女，而来自雄性的另一 半未必就很优秀，说不定受骗上当被一个孬 种所勾引。如果她们采用单亲无性生殖，她 们的基因就能百分之百地传下去。至今还有 几千种生物采用无性生殖，就避免了 那“50％”的代价。但是在现今存在的几百万 种动植物中，为什么绝大多数都采用有性生 殖或者是有性和无性生殖相结合？它们的雌 性为什么愿意付出这“50％”的代价？性在进 化上究竟有什么好处？ 目前流行的观点认为，有性繁殖带来了 基因重组，基因重组带来了无穷无尽的变 异，而丰富的变异更有能力接受生存的挑 战。这有点像参加抽奖，单性生殖只是买了 一张彩票，然后把它复印了许多次，复印得 再多也不能增加中奖概率，而有性生殖却是 买了许多不同号码的彩票，显然最有可能中 奖。 两性的选择是基因组在“争斗”过程中进 化妥协的结果？ 在两种性别的个体数目大致相等的情况 下，某一个个体只能有一半的机会遇到异性 的个体，从而在寻找异性个体的过程中往往 要浪费不少时间和精力。如果一种生物有很 多种性别，假设有100种，而且这种生物的 个体只要找到与己不同性别的个体就可以进 行交配生殖；在这种情况下，对于某一个个 体来说，每100个其他个体中就有约99个是 异性个体，从而它可有99%的机会遇到异性 的个体。这样，每一个个体都可以只用较少 的时间和精力就能达到有性生殖的目的。 既然只有两种性别降低了物种延续的概 率，那生物为什么大多只有两种性别呢？近 年有人提出了一种比较合理的解释，认为这 是基因组“争斗”的进化妥协结果。 基于在一般的有性生殖中，都有通过不 同性别的生殖细胞融合，重新组合起成为一 个整体，来源于不同细胞的线粒体基因组或 叶绿体基因组为了各自的利益、为了更多地 复制，就有可能会产生一些可以“消灭”来自 另一个细胞的线粒体或叶绿体的变异。这种 细胞器官的“互相残杀”将会导致整个细胞的 灾难。为了使有性生殖能顺利进行，生物进 化必须产生出一种能避免发生细胞内“战 争”的方式。最简单的解决办法就是形成只 有两种性别的有性生殖体系，其中一种性别 放弃把细胞质的遗传物质传给下一代的机 会，而另一种性别则享有把细胞质的遗传物 质传给下一代的权利。 今天的两性制度，也许正是以前多性制 度垮台之后的结果。 那种有13种性别的黏液霉菌又如何 呢？深入的研究发现，这13种性别并不是 平等的。同样为了防止线粒体之间的战争， 存在着一个等级森严的制度：比如说，第 13号的性可以跟任何别性交配，在交配时 只有它能够遗传下线粒体基因，其它的性必 须抛弃自己的线粒体；对于第12号的性来 说，只有在跟11号或者低于11号的别性交 配时，才有保留线粒体基因的特权；依次类 推。 可见如果只有一性，或者有两个以上的 性，反而让有性生殖变得复杂起来，不如只 有两性那么简单明了。在黏液霉菌中，低一 号的性有时会发生突变，拒绝抛弃自己的线 粒体，其结果是跟与之交配的高一号的性同 归于尽。如果这样的造反持续下去，等级森 严的制度最终会垮台，性别的种类会越来越 少，直到只剩下两种性。也许，今天的两性 制度，正是以前多性制度垮台之后的结果。 相关链接 雌雄分离的进化历程 早期生物都是单个个体产生新个体，细 胞核进行一次无丝分裂就行。当多细胞生物 的生殖功能纷纷巩固的时候，由于偶然和必 然的因素，突变或者变异，使得某些多细胞 生物产生了两套“生殖”组织或器官，就是类 似“雌雄同体”的，但还不是真正意义上的雌 雄同体。 再后来，在同体受精的生物基础上，发 展成了雌雄同体，但是异体受精。这又是一 个进步。但这个还不是彻底的雌雄分离。 实现彻底的雌雄分离是非常困难的，在 进化的历程中还在完善，至今没有停止。雌 雄分离首先得分开，哪些是雌性，哪些是雄 性。分开之后，还得保证它们像同一个个体 一样能非常亲密地结合，并产生子代。雌雄 个体可以通过基因来分配，在多染色体个体 中，总有染色体是控制着性别的。那么，当 染色体分配不同时，就可以产生两种性别 了。 雌雄分离以后也有一些还保持着原始繁 殖的迹象，比如有些鱼的性别是不定的，随 着环境的变化而变化性别。红海中生活的红 鲷鱼以20条左右为一群，其中，只有一条 雄鱼，其余的全都是雌鱼。一旦这条雄鱼死 去，在剩余的雌鱼中，身体最强壮的一尾便 发生体态变化，鳍逐渐变小，体色变艳，内 部器官也随之发生变化，成为彻头彻尾的雄 鱼。

生物并不都是雌雄二性哟，即便是高等动植物，或者说哺乳动物和鸟类，大家都是雌雄二性的，但进化历程也截然不同。

大致上，进化出雌雄二性，经历了下面这些阶段。

1. 最初的生物，是没有性别的。繁殖以无性繁殖为主（细菌二分裂，真核生物出芽生殖，孢子生殖等）。当且仅当环境恶劣的情况下，才出现有性生殖，发生生殖时，其中一方向另一方注射自己的一套遗传物质，二者结合后形成一个新的个体，这个个体发生减数分裂，又变回正常生物该有的状态，然后继续有丝或者二分裂……阶段一的出现，确保了基因重组的发生，更多性状，突变予以保留，避免了无性生殖在遭遇环境突变时全族灭亡的风险。但请注意，这时生物虽然是有性生殖，然而谁会将遗传物质注射进谁身体，这是一个不确定的事，可以认为此时没有性别。

2. 伴随着减数分裂，开始出现配子体世代/孢子体世代，并且孢子体世代变得越来越占据上风。这一点很好理解，在阶段一，显然是配子体占据绝对上风，细胞绝大部分时间都是单倍体状态。但是进入阶段二，孢子体因为有两套遗传物质（二倍体），发生有害（或者暂时有害）突变有一定容错率。举个例子吧：有一种飞蛾，体色为白色，突变就会变成灰色。在正常情况下，白色的个体在墙上不易被鸟发现，灰色很容易被捕食。但突然有一天，当地环境污染，墙全变成了灰色，这下白色的会被捕食。倘若飞蛾的生命史是配子体占据上风，则它必须保证在污染的那一刻发生基因突变（还必须突变对），这样才会避免族群覆灭；而假如飞蛾是孢子体占据上风，则灰色对应的基因可以较多潜伏于族群内，遭遇污染时，因自然选择，灰色基因频率上升，灰色表现型也上升。显然，飞蛾无需要求在环境污染时恰好发生突变，所以孢子体世代比配子体世代更有优势。现而今，我们依旧能在藻类，苔藓，真菌等中发现配子体占据上风，或者孢子体和配子体世代交替的生物。乍看之下，阶段二好像还是没发生性别决定，但是为性别只有两种，埋下了最大的伏笔。

3. 性器官出现（包括动物的生殖器官，植物类似花朵之类的玩意）。这类器官的产生，当然是为了交配方便而存在的。如若不然在野生条件下，配子就只能在空气或者水里随机遇到对方，存活率大打折扣。【请注意，阶段三未必等于雌雄分化开始，现而今植物经常可见雌雄同株，还有部分动物依靠温度决定性别，都是基因，蛋白质，环境层面调控性器官发育而已。你可以当做他们依旧没有雌雄分开。】

4. 发生第一次重大的突变（隐性）：雄性不育或者雌性不育。经历阶段二和阶段三后，我们假设动植物决定发育性器官的基因位于一对染色体上【所有生物都是YY】，但是因某种原因，有一条染色体突然突变，其上缺失了某一方的性器官决定基因。我们假设丢失的是雄性基因。突变的基因我们称之为X。于是现在，我们就有了XX（全雌），XY和YY（雌雄同体）两种性别的雏形。【请注意，这里开始，鸟类和哺乳动物选了截然相反的历程，最终一个是ZW性别决定，一个是XY性别决定，区别就在于阶段四，到底是丢失了谁---哺乳动物出现了全雌，而恐龙，鸟类出现了全雄。所以可见，动物性别出现，是“龙兽争霸”开始之后才有的。与此同时，昆虫和哺乳动物同样以XY型决定后代的，又有不一样的地方，其中一个是“新产生雌性器官”，而另一个则是“雄性器官不发育”。由此可见，阶段四，即便路线一样，也有殊途同归的“趋同进化”。植物到这一步，则就差不多要出现雄花，雌花，两性花分化了。】

5. 发生第二次重大的突变（显性）：雌雄同体个体出现抑制对方性别。这一突变，就令在阶段四产生的YY个体，彻底衰败。于是现在，生物就有了两性，在基因上体现为XX和XY雌雄两种（鸟类，少部分植物是XY和YY，也就是ZW和ZZ雌雄两种）必须着重指出的是，突变是随机的，但一旦产生性别决定基因，就必须保持连锁遗传，同时还要降低性别决定区域的重组，最终发生性染色体差异。

6. 即便经历了阶段五，雌雄外观差异还不是很大，但不要紧，很显然，发生性决定重组抑制之后，更多的基因会加入重组抑制。最终体现为X和Y染色体外观出现极大差异，而雌雄二者外貌上也发生重大区别。

7. 少部分生物进入此阶段，也就是从XY决定型变为XO性别决定型。当然这就是别的故事了。

综上所述，生物进化出雌雄二性，是由有性生殖相比无性生殖的优势；孢子体世代相对配子体世代优势；性器官出现及和性器官有关的基因发生连锁突变；性别抑制；更多和性无关的基因加入连锁……这样一步步，最后出现雌雄二性的。

因为有性生殖中基因组合的广泛变异能增加子代适应自然选择的能力。

有性生殖产生的后代中随机组合的基因对物种可能有利，也可能不利，但至少会增加少数个体在难以预料和不断变化的环境中存活的机会，从而对物种有利。有性生殖还能够促进有利突变在种群中的传播。如果一个物种有两个个体在不同的位点上发生了有利突变，在无性生殖的种群内，这两个突变体必将竞争，直到一个消灭为止，无法同时保留这两个有利的突变。但在有性生殖的种群内，通过交配与重组，可以使这两个有利的突变同时进入同一个体的基因组中，并且同时在种群中传播。

“我们对于性的最后成因毫无头绪，也不知道何以新的生命需要两种性元素的结合——而非借着单性生殖的过程——才能产生出来。……整个问题仍然晦暗不明。”——达尔文(Charles Darwin)，1862年。
关于达尔文的见解，《科学通讯》补充说：“达尔文的话对今日同样适用。”
“在进化生物学上，性是最棘手的难题。看来进化生物学上有些最基本的问题甚少被人提出来。其中最大、最不容忽视和最难解决的问题便是：何以有性？”——《大自然的杰作》，贝尔(Graham Bell)教授着。
根据进化论，生物不断繁殖，也不断变得越来越复杂。不过到了某个阶段，许多品种的雌性必须发展出生殖细胞，而且能够跟雄性的生殖细胞结合，成为受精卵。为了使下一代得到适当数目的染色体，父母双方的生殖细胞都要进行一种叫做减数分裂的奇妙过程，令父母双方的细胞只剩下正常数目的一半染色体，确保下一代不会得到过多染色体。
事实上，其他品种的生物都需要经过这种步骤。那么，每一个品种的“始祖母亲”怎样能够跟同一品种，而且完全发展成熟的“始祖父亲”，进行交配，繁殖下一代呢？父母双方为什么突然懂得把生殖细胞中的染色体数目减半，因而生下同时具备父母若干特征的健康后代呢？如果这些重要的生殖功能是逐渐进化而成的，那么，在这种功能还未进化至成熟阶段时，各种各样的雌雄生物如何生存下来呢？
只是单看一个品种，雌雄生物互相依赖而产生后代的机能由碰巧产生的可能性，实在是小得无法计量。一种又一种生物都碰巧拥有这种机能，实在叫人难以解释。如此复杂的事物，进化理论解释得了吗？一个既精细又环环紧扣的系统，怎能随意、漫无目的、碰巧地产生？生物所蕴含的许许多多特质，都充分反映出远见和计划，证明背后必然有一个高智慧的统筹者。
许多学者都归纳出同样结论。例如数学家威廉·坚布斯基写道：“从自然界观察到的各种事物，可以看出高智慧的设计只有是出自智者手笔，才足以解释这现象。”