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在地球上,有两个亲生孩子的母亲,多的像星星,数都数不清;可是,有两个亲生母亲的孩子,比月亮还要少,找到一个都难,更别提两个亲生爸爸,至于七八个妈,两三个爸的孩子,更是匪夷所思。真的这样么?
让我们从简单的数学开始,把这个问题说得细一点。
大自然中,父母子女关系有几种?以一个孩子为例,常见的是一个父母一个孩子。这个父母很难区分,既可以说是父亲,也可以说是母亲。总之这种关系是一对一的,就是所谓无性生殖(Asexual reproduction1)的概念,用公式表示如下。
1个父亲/母亲(父亲=母亲)≈1个孩子 公式1
需要说明的是,公式中用约等号,是因为公式两头的,并不对等,明修栈道的,是父母孩子的血缘亲情;暗度陈仓的,是DNA延续自己生命的意志。
比公式1概括的更常见的是一对父母一个孩子。父母截然不同(这也就排除了同性恋)。总之是二对一的关系,这就是所谓的有性生殖(Sexual reproduction2),用公式表示:
1个父亲+1个母亲(父亲≠母亲)≈1个孩子 公式2
那么,有没有可能有其它的关系,比如:
1个父亲+2个母亲(父亲≠母亲,母亲1≠母亲2)≈1个孩子 公式3
或者
2个父亲+1个母亲(父亲≠母亲,父亲1≠父亲2)≈1个孩子 公式4
或者
n父亲+n个母亲(父亲≠母亲,父亲1≠父亲n,母亲1≠母亲n)≈1个孩子 公式5
先从公式1无性生殖,公式2有性生殖说起,然后再说说公式3,4的特例,最后是公式5的可能性,用来回答文章开头那个看似脑残的问题。
公式1:细菌的信念
中国有句话叫若无远虑,必有近忧。可是对那些短促的生命,想太多真的是不必要的。朝菌不知晦朔,蟪蛄不知春秋,既然如此,我死之后,哪管洪水滔天?细菌就是短促生命的代表,因此,它们信奉人生要及时行乐的生命理念,何苦生年不满百,常怀千岁忧。什么是及时行乐?良辰美景奈何天,赏心乐事当然是制造僧命,否则如何安放我们如昙花一样易逝的青春?
在这种理念的支持下,细菌选择的是迅速繁殖后代的策略,而选择繁殖后代最快的办法就是遵循公式1的无性生殖3,一分为二。一不做,二不休,一分为二在多次的扩增之后,将会达到天文数字。比如大肠杆菌,如果不受控制地繁殖,用不了几天,它们就会占领整个地球。
和细菌(Bacteria)有相似想法的还有古细菌(Archaea),原生动物(Protist),真菌(Fungi),以及一些植物。
无性生殖固然能在短时间内产生大量后代,可是这些后代,和老父老母有着一样的基因。世易时移,沧海桑田。如果面对环境的改变,细菌们还固守自己继承的基因,它们的生存优势就不明显了。
虾有虾道,蟹有蟹道。细菌们虽然不能从父母身上获得有竞争力的基因变化,却能从兄弟朋友们那里获得这种变化:彼此之间一个握手,一个拥抱,就暗通款曲,心事秘传,让DNA携带彼此同志般的友情常驻对方的心中。同父母子女之间垂直的遗传不同,这种同志般的友谊被称为水平基因转移:Lateral gene transfer4。
公式2:爱就是互嵌
无性生殖靠的是数量取胜,一分为二;有性生殖则推崇质量为王,合二为一:数量的下降由质量的上升弥补。有性生殖用父母的基因材料整合重组,是父母DNA的互相镶嵌。产生的后代,毫无疑问的具有更多样的基因变化从而更好的适应环境。
有性生殖也促进了性的进化,性是大自然杰出的创造。
在性的基础上,又产生了爱,靠爱作为纽带,以性为手段,让最优质的后代来到这个世界上。
爱的过程,就是开始于二人相见,日积月累,彼此相欠,到精神镶嵌,到肉体镶嵌,最后是DNA的镶嵌,然后回到父母子女的相欠,完成一个循环。
值得注意的是,任何一个物种的基因材料在数量,组织上都有严格要求,比如DNA的长度,序列,染色体的数量,结构等等,一旦有什么变化,都是致命的。染色体病就是染色体结构异常导致的疾病,癌症则是基因突变的累积造成的,几乎所有疾病都能找到基因记载的不良记录。这是有性生殖面临的最大挑战:总是想给远行的子女更多的衣物,可是他们行李有限,甚至每个箱子装什么都不能轻易改变。既要赋予后代足够的DNA变化,又不能改变基因组的组织,有性生殖就像带着镣铐的舞蹈,是这个星球上最用心良苦又充满欢乐的表演。
公式3:更换细胞引擎,让生命再次轰鸣
智能手机铺天盖地,有一天智能手机会不会被嵌入我们的身体,成为我们的一部分?
这是很有可能的,细胞就曾经在自然界中发现了自己喜欢的东西,并且一直把它戴在身上。这就是线粒体5。线粒体能充当细胞的引擎,产生细胞需要的能量。线粒体曾经是原核生物(比真核生物例如动植物细胞更古老的单细胞生物)的一部分,在漫长的进化中,线粒体逐渐被真核细胞容纳,两者最后密不可分。因为是半路夫妻,线粒体还是不同于其它细胞的组分,有自己独特的DNA。
线粒体的异常会导致很多疾病,在美国,10岁以下儿童患线粒体异常的几率大约是1/40006。线粒体疾病是由线粒体自身的DNA,而不是细胞的DNA导致的。这种情况带来的机会就是:换掉这个已经坏掉了的特区,就能治愈疾病,就像换掉手机中不工作的电池,手机就重新工作了一样。
这就是有一个爸爸,两个妈妈的孩子的例子:父亲健康的精子(父亲DNA),有线粒体疾病的生母的细胞核(母亲1的DNA),健康的女性的剔除了细胞核的卵子(母亲2线粒体DNA)。因为卵子中的除细胞核的物质也会对后代产生影响,所以这样的孩子在理论上就有两个亲妈。这样的小孩,就像一辆小车:奥迪的外观(父亲DNA),宝马的内饰(母亲1的DNA),奔驰的发动机(母亲2线粒体DNA)。这种做法被称为线粒体替换:Mitochodrial Replacement,是帮助患有线粒体疾病女性生育健康子女的一种办法。
关于线粒体替换,有非常大的争议,除了技术上的,更多的是伦理上的,一个孩子两个母亲,机遇与风险,责任与义务,理性和亲情,很难说得清楚7。
公式4:不同肤色的双胞胎
尽管精子中也含有线粒体DNA,可是与公式3类似的两个父亲,一个母亲的情况很少见,因为胎儿最终是在卵子的所在地,而不是精子的发源地生长起来的。
但是有不太严格的情况,确实能造就两个爸爸,一个妈妈的情况。异卵双生8就是这样的例子:卵子们在不同时间与来自不同的父亲的精子结合。当然严格意义上讲,这两个孩子中的每一个都是只有一对父母的。
上面图片中的两个男孩就是这种极端异卵双生兄弟。这种极端的异卵双生的几率非常低,不到一般异卵双生的5%,而且在实践上操作难度非常大,需要。。。(此处省略2000字),你懂的。
公式5:象女娲那样工作
如果纵情想象,会有更多的父亲和母亲么?比如七八个妈,两三个爸?
合成生物学(Synthetic Biology9)就是这样一个研究领域。在合成生物学领域,应用不同来源的生物材料来构建生命成为可能,这样的生命,可以看成是有多个父亲和母亲;人们甚至能按自己的设计合成DNA,把它们装进“空”的细胞(没有DNA的细胞),然后让这些细胞活起来。这是什么样的工作?这是女娲造人一样的工作!
2010年5月,Craig Venter宣布他的实验室第一次用人工合成DNA制造生命。他们弄清楚了丝状支原体(Mycoplasmamycoides)的基因组,然后删除了这个基因组的部分序列做底板,加上了酵母中的一些DNA和一些用来作为基因“水印”的DNA序列。他们在体外合成了一段段的DNA,然后把它们拼接起来,装入另一种移除全部DNA的支原体(Mycoplasmacapricolum)细胞之中,这个新生命能在合成的DNA指导下进行分裂,而分裂是生命的基本特征。这个被命名为Mycoplasma laboratorium9的合成细胞价格非常昂贵,高达4000万美金。
从自得其乐的无性生殖到两情相悦的有性生殖,只是为了更好的适应变得太快的世界。大自然只能帮你到这了。现在,线粒体替换,甚至合成生物学使我们能造出有更多变异的生命。如此强大的技术,就像猛虎一样,让它柔情似水地呵护着生命尊严与伦理这朵蔷薇花,可真不是件容易的事!
[1] Asexual reproduction. Wikipedia.
[2] Sexual reproduction. Wikipedia.
[3] The Advantage of Asexual Reproduction: When is it Two-fold.Journal of Theoretical Biology 1995; 176 (3): 341–347.
[4] Lateral gene transfer. Wikipedia.
[5] Mitochondria. Wikipedia.
[6] Mitochondrial disease. Wikipedia.
[7] A slippery slope to human germlinemodification. Nature News 09 July 2013.
[8] Twin. Wikipedia. And http://www.guardian.co.uk/lifeandstyle/2011/sep/24/twins-black-white
[9] Mycoplasma laboratorium. Wikipedia.Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备07017567号-12 )
GMT+8, 2024-9-20 08:45
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