諸緣來去何增減？笑擁斜陽照海天。。。 短暫人生幾番風雨情。 匆匆走過幾度回眸戀。 心坎鑲著足痕淚光影。 誰悟得無生法忍行去。 *幻羽*捻題一*悟行* 2023/01/03/18:34:58

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                      新科技系列<3>生命機理：無性生殖

 

細菌採用無性生殖方式。也就是說，當細菌分裂時，分裂的兩半是相同的，它們包含完全相同的DNA。後代是對父代的克隆。

 

正如性是怎麼回事，高等生物體（例如植物、昆蟲和動物）採取有性生殖方式，而該過程使得進化活動更有意思。有性生殖能夠在一個物種內創造巨大數量的變種。例如，如果一對父母有多個子女，所有子女之間都可能存在很大差異。兩兄弟可以有不同的髮色、不同的身高以及不同的血型等。其原因如下：

 

與細菌的DNA長環不同，植物和動物細胞的DNA鏈包含在染色體中。人類有23對染色體（共46個）。果蠅有5對。狗有39對，某些植物甚至有100對之多。

 

染色體是成對出現的。每個染色體都是一個緊密結合的DNA鏈。兩個DNA鏈在著絲點聯結在一起，從而形成X形結構。其中一個鏈來自母親，一個鏈來自父親。

 

因為有兩個DNA鏈，這意味著動物的每個基因都有兩個副本，而不是像大腸肝菌細胞中那樣只有一個副本。

 

女性產生卵子或者男性產生精子時，兩個DNA鏈必須結合成單個鏈。來自母親和父親的卵子和精子各自貢獻每個染色體的一個副本。它們結合在一起，使得新生兒具有每個基因的兩個副本。

 

在形成精子或卵子中的單個DNA鏈時，將在每個基因的兩個副本中隨機選擇一個。這樣，在每個染色體的基因對中，將有一個基因遺傳給孩子。

 

由於基因選擇的隨機性，每個孩子都會獲得來自父母DNA的不同基因組合。這就解釋了為什麼相同父母的子女具有許多不同的特徵。

 

基因只是創造酶的範本。這意味著，在所有的植物或動物中，每種酶實際上都有兩個範本。有些時候，兩個範本是相同的（同型），但在許多情況下，兩個範本是不同的（雜合）。另外值得注意的是，基因的許多不同形式可能在一個物種中到處傳播。一個物種中全部基因的所有版本的組合稱為該物種的基因庫。當變異改變基因而且變種存活下來時，基因庫就會增大。當某基因消亡後，基因庫就會減小。

 

進化過程通過在DNA中創造變異而作用於大腸肝菌細胞。大腸肝菌中的DNA鏈受到破壞是很常見的。 X射線、宇宙射線或偶然的化學反應都能改變或破壞DNA鏈。大多數情況下，帶有變異DNA的特定大腸肝菌細胞將出現三種情況：死掉、修復鏈中的損壞或者不能再繁殖。換句話說，大多數變異將消失。但是變種實際上偶爾會倖存下來，並具有繁殖能力。

 

設想一群相同的大腸肝菌細胞生活在培養皿中。在食物充足和溫度適當的情況下，它們每20分鐘就會翻倍。這就是說，每個大腸肝菌細胞可以在20分鐘內復制自己的DNA鏈並分裂成兩個新細胞。現在將抗生素倒入培養皿中。許多抗生素通過吞噬細菌賴以生存的一種酶而殺死細菌。例如，一種常見的抗生素可吞噬構造細胞壁的酶。由於沒有能力構造細胞壁，細菌就不能繁殖，最終將會死去。

 

抗生素進入皿中時，所有的細菌都將會死去。但是設想，在生存在皿中的數百萬細菌中，有一個細菌發生了變異，它能夠生成不同尋常的酶來構造細胞壁。因為這種差異，抗生素分子不能很好地附著在這種酶上，從而無法對它施加影響。這個大腸肝菌細胞會存活下來，而且在所有的“鄰居”都死掉之後，它可以繁殖並佔據整個培養皿。現在就有了對該特定抗生素免疫的一類大腸肝菌。

 

隨機的DNA變異創造出一種特殊的大腸肝菌細胞。殺死其所有“鄰居”的抗生素對這種細胞無可奈何。在培養皿環境中，這種獨特的細胞可以存活下來。大腸肝菌幾乎是最簡單的生物體，因為它們繁殖快速，你可以在正常的時間尺度下觀察到進化的效果。在過去幾十年中，許多不同類型的細菌已經變得對抗生素免疫。同樣，由於繁殖極快，昆蟲也變得對殺蟲劑免疫了。大多數情況下，進化是一個非常緩慢的過程。因此，變異是相當普遍的。變異在所有的種群中以穩定的速度發生，但是每個變異的位置和類型是完全隨機的。

 

《細胞分子生物學》中這樣闡述：每20萬年，一千個核苷對中大約有一個會隨機改變。即使這樣，在存在10,000個個體的種群中，每種可能的核苷替換在100萬年的過程中大約會有50次“試驗”機會。與物種的進化相比，100萬年只是短暫的一段時間。以這種方式創造的大多數變化將不利於生物體，因而在種群中將被淘汰。然而，當一種罕見的變化有利時，它將會通過自然選擇快速傳播。因此可以預見，在任何給定的物種中，大多數基因的功能將會通過隨機點變異和選擇而得到優化。

 

因此，變異是相當普遍的。變異在所有的種群中以穩定的速度發生，但是每個變異的位置和類型是完全隨機的。卡爾·薩根(Carl Sagan)在《伊甸園的飛龍》中這正如前一部分所述，變異是一種隨機和持續不斷的過程。變異發生時，自然選擇將決定哪些變種將繼續存在，哪些變種將消失。如果變異有害，變異的生物體的存活和繁殖機會就會大大降低。如果變異有益，變異的生物體就會存活並繁殖下來，而且這種變異會遺傳給其後代。自然選擇通過這種方式支配著進化過程，它只將好的變異納入物種中並剔除壞的變異。

 

Ian Tattersall和Jeffrey Schwartz在他們合著的《滅絕的人類》一書這樣寫道：在每一代中，越來越多的個體都能夠活到成年並繁殖自己。那些成功的（“最適合的”）個體所攜帶的可遺傳特徵不僅提高了它們自身的生存能力，而且會優先遺傳給後代。這樣看來，自然選擇只是將能夠促進一些個體成功繁殖的所有因素（以及其他個體中缺乏的因素）匯總在一起的過程。再加上時間因素的作用，幾代之後自然選擇將改變每個進化世系的局面，因為有利變種會成為群體中的主體，而那些不太有利的變種則會被淘汰。

 

進化論是試圖解釋各種不同形式的生命如何出現在地球上的一套原理。進化論成功解釋了為什麼細菌和蚊子會對抗生素和殺蟲劑產生抗藥性。它也成功預測很多現象，例如X射線輻射會導致果蠅中發生數千種變異。

 

許多理論都在逐步完善中，進化論也是其中之一。目前，進化論還有一些不能解答的重大問題。這種情況並非罕見。牛頓物理學幾百年來都很成功，而且至今仍可解決多種問題。然而，它不能解釋很多最終由愛因斯坦及其相對論解答的現象。人們會不斷創造出新理論並修改現有理論，以此來解釋未得到澄清的問題。在回答未決問題的過程中，進化論將要麼變得完善起來，要麼被可以更好地解釋自然現象的新理論取代。科學正是以這樣的方式進步的。