无性生殖
wú xìng shēng zhí
无性生殖是由单一亲本产生与自身遗传上完全相同后代的繁殖方式,不涉及配子的融合。
Definition
无性生殖是指单一亲本独自产生新个体,不需要配偶,后代是亲本的精确复制品。它只涉及一个亲本,不涉及配子,通过细菌的二分裂、酵母和水螅的出芽、海星和某些蠕虫的断裂再生、真菌的孢子形成,以及植物的营养繁殖等方式产生遗传上完全相同的后代(克隆体),在真核生物中,其基础过程是有丝分裂。其他方式还包括孤雌生殖(由未受精的卵发育而来)以及植物中的无融合生殖,这些方式都不涉及减数分裂或配子融合。遗传变异只能通过突变产生,因此种群在遗传上高度一致,容易受到病原体和环境变化的威胁,但这种策略避免了有性生殖"双倍成本"的问题,因为不需要雄性个体,并且能完整保留已经适应良好的基因型。许多生物会在条件适宜时进行无性生殖,而在环境胁迫下转为有性生殖。
Example
草莓植株会长出匍匐茎,长成新的植株;细菌一分为二;海星则可以由一条腕足重新长出整个身体。一个细菌每$30$分钟分裂一次,如果生长不受任何限制,$24$小时内可以产生$2^{48}$,约$2.8 \times 10^{14}$个后代,除了极少数突变外,每一个都携带着与最初那个细胞完全相同的DNA。蚜虫整个夏天都通过孤雌生殖繁殖,雌性直接产下已经携带发育中胚胎的相同后代,到了秋天则转为有性生殖,产生更耐寒的卵;鞭尾蜥属中还包括一些完全由雌性组成、只通过孤雌生殖繁殖的物种。
Key Insight
无性生殖快速而简单,但每一个后代都完全相同,因此一种疾病如果能杀死其中一个,就能杀死全部。它的优点是速度快、结果确定,缺点是缺乏变异,这使得它在亲本性状已经很好地适应了的稳定环境中效果最佳。无性繁殖的谱系可能在短期内占据优势,但在演化的时间尺度上却很少能长久维持,因为没有重组,它们既无法清除有害突变,也无法组合出有利的突变;蛭形轮虫显然已经无性繁殖了数千万年,是生物学家至今仍在研究的著名例外。