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 有性繁殖给进化论带来的问题（修改稿） |
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芦笛
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加入时间: 2004/02/14
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作者：芦笛 在 驴鸣镇 发贴, 来自 http://www.hjclub.org
有性繁殖给进化论带来的问题（修改稿）
芦笛
说明：
本文初稿贴出后，蒙zzzz网友指正，我才发现自己是再度发明车轮，而且做出来的车轮还是歪的，因此相应作了修改，以免误导读者。错误当然难免，还请方家继续指正，谢谢！
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我在前文中说过，达尔文构思进化论时遗传学尚未昌明，所以没能把有性繁殖带来的问题考虑进去。虽然达尔文没有也不可能意识到，但他其实是按照细菌的性状变异的框架来构思进化论的。细菌的繁殖类似孙大圣的分身法，是靠自身分裂来传播后代的，乃是天下唯一能做到万寿无疆的生物，实现了伟大领袖的梦想。因此，它的性状变异比较简单：若亲代的某个基因发生了某个突变，则由它靠自身分裂制造出来的所有后代都会表现出那性状，并不需要与另一个细菌合作。
然而要让有性繁殖的生物出现能保留下来的遗传性状改变，就不是那么简单了。
中学生物学里讲过，子代的遗传基因一半来自父亲，一半来自母亲。因此，每个基因都有两份：父系一份，母系一份，这就叫“等位基因”。这俩基因如相同，就叫“纯合子”；如果不一样，就叫“杂合子”。最典型的就是人的血型基因。
如所周知，人的血型分A、B、AB、O型。A、B都是所谓“显性”基因，而O则是所谓“隐性”基因。表观上的A型血可以是两种基因型：
AA：父系与母系的血型基因都是A。
AO：亲代一方提供了A，一方提供了O。
纯合子AA与杂合子AO的表面性状之所以一样，都是A型血，是因为O是所谓“隐性基因”，只有OO才会表现出O型的性状来；而A是所谓“显性基因”，两者配对后，O给A压下去了，显示出来的性状还是A型。
当AO与AO结婚，生子后可有下列几种组合：
AA, AO, AO, OO
每种搭配出现的概率均等，都是1/4，但AA与AO的表象都是A型，因此，从表观上看，四个孩子中有三个是A型血，只有一个是O型血。
在DNA分析发明之前，这原理曾用于亲子鉴定，但只能否定不能肯定。例如某人是O型血，太太是A型，他怀疑孩子不是自己生的，就带他去验血。如果是B型或AB型，那就肯定不是他儿子。但如果儿子是A或O型血，那就无法作出结论，盖他儿子虽然只会是这两种血型，但若他太太的老姘是A型或O型，则孩子也只能是A或O。所以，血型符合并不能证明那孩子一定就是他儿子。
现在来看物种分化。若要让一种新性状变成某个物种特有的，它就必须是纯合子，也就是两个等位基因都有相同改变。若是杂合子，哪怕变异基因是显性，也可能交配出野生型来。
例如人类“无毛”、“无尾”的性状都应该是纯合子，否则就会出现“有毛”或“有尾”的“返祖现象”，但毛人恐怕上亿人中才有一个，而所谓“长尾巴”的人，长出来的也并不是有功能的尾巴，不过是个不能移动的冗赘罢了。这说明绝大多数人都是“无毛”或“无尾”的纯合子。
因此，要让某个物种通过积累基因突变，变成一个新物种，新出现的基因的比例必须逐渐增加，最后达到百分之百，变成新物种的标准基因。然而根据所谓“遗传平衡定律”（哈代—温伯格定律），这很难做到。
这里用y 表示“有尾”，w表示“无尾”。 猿猴原来都是y 基因，后来某个体发生了基因突变，使得y基因变成了w基因。但这改变不可能发生在体细胞中，否则必须假定全部体细胞都出了一模一样的复制错误，而这可能性几乎为零，因此，它只可能发生在个别生殖细胞中（还不是全体，只是个别，否则就不是偶然事件了）。这个出了问题的生殖细胞恰好又有机会变成受精卵（如果是精子细胞，那机会又变成了亿万分之一，所以最好还是卵细胞）。
现在这个w卵细胞遇到了y精子，生出来的后代就是wy的杂合子。假定猴群总数为100，其中含有199个y基因，1个w基因，后者占等位基因总数1/200。该猴群以每代倍增系数为2的繁殖速率增长，下一代总数为200，那杂合子和一个猿猴交配，生下了4个孩子，其基因型有如下4种组合：
wy x yy: wy, wy, yy, yy
其中w基因携带者有2名，其他98个猿猴产下的196个后代都是yy，因此，w基因在400个等位基因总数中占的比例还是1/200。如果这些wy再和yy交配，生下第三代来，同理可得w基因携带者增加为4，而等位基因总数为800，比例还是1/200。由此可见，如果wy只与yy交配，则无论繁殖多少代，w基因的比例都不会改变，永远是等位基因总数的1/200。
如果第二代的两个wy交配，生下4个后代，其概率均等的组合如下：
wy x wy: ww, wy, wy, yy
从表面看，这降低了w基因携带者的比例，然而 w基因的数量还是4，只是有两个配成了纯合子ww，造成了携带者数字下降。但若ww与yy交配，其后代的w携带者就会是wy与yy交配的两倍，因此，若只看w基因的增长速率，它仍然从2倍增到了4，在等位基因总数中的比例还是1/200。
由此可知，无论是wy与yy交配，还是wy与wy交配，无论传多少代，w基因在等位基因总数中所占的比例都不会改变，永远是原来的1/200。因此，要无尾基因席卷全体猴群，使得所有猿猴都变成ww，靠自然繁殖是不可能的。这就是所谓哈代-温伯格定律。
但该定律的成立前提是：1）猴群总数足够大；2）个体之间的交配机会均等；3）不同基因表现的性状没有相对于自然界或人工的优越性，不受自然选择或人工选择的干扰。4）不发生打破以上两个前提的基因突变。5）不发生个体迁移或所谓“基因交流”。
若这些前提不满足，则该定律失效。例如人类培育纯系动物，就是靠人为干扰第二条与第三条，根据后代的某种性状，选择性地取消相关基因携带者的交配机会，最终使得筛选出来的动物清一色地携带同样的基因，白老鼠的出现就是这种例证。
如所周知，实验室用的老鼠都是白色的，大自然里根本没有。之所以能有这种动物，全靠人工选择：把发生了基因突变、害了“白化病”的老鼠挑出来，只许它们血亲婚配，一生出黑色或杂色的老鼠就把它除去，这样一代代养下去，到最后当然只能剩下白老鼠。经过千万次传代，最后这种老鼠的遗传背景就完全同一，跟孪生兄弟也没什么区别。
达尔文的 “自然选择”学说其实也就是这么回事，无非是用大自然之手来代替人手罢了。它的假定是两个：1）因基因突变出现的新性状为显性。2）相对于原有性状，新性状具有某种生存优势（如生存技能高超、生殖力亢进等）”，于是新基因的携带者便能以少胜多，靠高科技去击败竞争者的人海战术，最后变成主旋律。
第一个假定好像就难满足。例如“无尾”与“无毛”性状，似乎都不能是显性的。那是一种“负性状”，必须两个等位基因都不能发出“长毛”或“长尾”的指令，毛或尾巴才不能长出来。若有一个（套）等位基因正常，则毛或尾巴照样会长出来。即使这假定能满足，那就意味着进化过程中所有出现的新基因都是显性的，而这实难思议。
第二个假定似乎也难成立。实际上，大多数基因突变都是有害的，甚至可以致死。正是为此，机体才具有严密的监测改错机制，一旦发现DNA复制错误，立刻就将错误切除。就算忽略这事实，那也不是所有的基因突变都能有利于生存。新达尔文主义的一个分支就主张所谓“中性漂变说”，认为大多数基因突变其实都是中性的，既无害也无益于生存，所以能够保留下来。这在无性繁殖生物当然能成立，但在有性繁殖生物中则不会这么简单：如果突变是中性的，那么新基因的繁殖就将遵循上述哈代-温伯格定律，频率永远不会增加，永远只能是万里挑一的白乌鸦。既然如此，新性状又如何积累下来，形成新的物种？
实际上，许多新性状的出现，相对旧性状而言反而是一种生存劣势。我在另文中已经说过了：无毛无尾到底有何生存优势，我实在想不出来。而且，动物都有“认同斥异”倾向。猴群社会能否接受无毛或无尾者还是个问题。就算那对反常夫妇逃离了猴群的迫害，单干好比独木桥，走一步来摇三摇，靠两猴与大自然搏斗，生存的机会要远比猴群成员的低。这岂不是违反了达尔文“适者生存”的基本教义？
实际上，人类相对于动物的许多性状，使得人类反而处于生存竞争劣势。人类丧失了许多对生存有利甚至是生死攸关的本能：诸如动物发达的嗅觉、听觉、视觉以及所谓“第六感觉”甚至性本能。获得智力，并不等于立刻就能靠制造使用武器保障生存。在人类能制造武器之前就丧失了这些本能，只会导致物种灭绝，而若假定在人类获得自卫手段之后才丧失这些本能，这进化过程是不是也太短了些啊？
因此，用“自然选择”来打破哈代-温伯格定律，我看实在牵强。
靠种群迁徙来打破该定律好像也不行。若要让本来比例极低的新基因增为占等位基因总数的百分之百，就得像养纯系老鼠那样不断筛选之，在每个（！）新基因出现并繁殖到一定数量后，具有该基因的动物就得分家另过，再不与野生型动物繁殖。这根本就不可能。
另一个替代解释是用“生殖分离”来颠覆哈代-温伯格定律 “个体之间的交配机会均等”的成立前提，n99网友已经解释过了：
“分子遺傳學的證據表明在物種分化過程中染色體分離 比染色體融合更常見﹐但是同樣要面對老盧的概率難題。轉座引起生殖隔離是我前天從一篇science文章讀的很受啟發﹐轉座作用我很早就了解﹐1983年 諾貝爾生物及醫學獎得主就是因為發現轉座現象而獲獎﹐但從沒有想過在生物進化過程中它可能扮演的重要角色。所謂轉座作用就是轉座子從染色體上一個位置跳到 另一個位置﹐如果這個轉座子帶有一個和生殖有關的基因話﹐就可能把這個基因搬到另一調染色體上。現代分子生物學證明轉座不是‘小概率事件’﹐而且如果基因 在X和Y之間轉座的話﹐不一定在單倍體的生殖細胞發生而在剛受精的受精卵發生就可引起下一代的生殖隔離。和染色體融合及染色體分離相比,轉座似乎容易的 多。
總之﹐經過有效阻止‘基因交流’﹐不同群體間的變異隨著時間的推移就會積累起來﹐再加上選擇作用﹐生物就可能分化。”
他后来又作了具体说明：
“比如 受精卵上控制雄性生育的一个基因从y 染色体 转到x 染色体，我们这里 命名为 x(+)Y(-)这个受精卵发育成为一个雄性个体和正常的x(-)x(-)雌性交配，产生的后代f1 雄性均为x(-)Y(-) ，雌性x(+)x(-)。f1雄性这里都不能生育，如果这群生物和其总体处于相对隔离状态 只有群体内部交配进行繁殖的话用不了几代，x染色体 都被洗成x(+)。”
但在我这外行看来，这虽然能导致x(+)的新基因出现，而且能防止子1代互相婚配，但它并不能淘汰子代中的x(-)，也不能禁止子1代与野生型动物交配，因此x(+)新基因的比例还是得受哈代-温伯格定律支配。除非再度引入种群迁移假设，但那必然又要采用“每出现一个新基因，携带者们就得高飞远走”的不可能前提。
因此，我觉得，有性生殖确实给靠进化产生新物种的解释带来了难题。奇怪的是从未有人说过这问题。虽然我的牙口不好，咬肌薄弱，因此脑容量比较大，但我还不敢僭妄到认为我这外行能比所有的进化论者高明。因此，一定是我上面的思考哪儿出了问题，还请专家们不吝赐教，指出我错在何处，谢谢！
作者：芦笛 在 驴鸣镇 发贴, 来自 http://www.hjclub.org
上一次由芦笛于2008-12-17 周三, 上午2:49修改，总共修改了3次 |
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- 芦老，关于基因表达，您列举的模型可能简单了。我听过完全显性和共显性的说法，请看： -- 101 - (902 Byte) 2008-12-18 周四, 下午7:18 (258 reads)
- 希望老芦能用你非凡的社会科学知识去凿穿生物科学的难题.以长击短,出奇制胜 -- zzzz - (623 Byte) 2008-12-17 周三, 上午11:53 (222 reads)
- go on with the story -- n99 - (2225 Byte) 2008-12-17 周三, 上午11:03 (189 reads)
- 本文已经重新抛光，敬请各位先进砸砖，谢谢！ -- 芦笛 - (0 Byte) 2008-12-17 周三, 上午2:27 (150 reads)
- 达尔文那个时代没有基因测定的手段，认定“人是猴变的”就是因为动物中猴子最聪明，长得跟人最像，习性跟人最接近，除此无他。 -- 金唢呐 - (0 Byte) 2008-12-16 周二, 下午6:41 (163 reads)
- 昨天，金网指出了“海豹人”的例子：某种条件下，发生同种变异的人数不少 -- 越南人 - (41 Byte) 2008-12-16 周二, 上午10:50 (171 reads)
- 老芦不要谈进化论和遗传学了，特别是遗传学，太专业了。你 -- 科学教徒 - (54 Byte) 2008-12-16 周二, 上午9:41 (265 reads)
- 提出质疑 -- n99 - (1675 Byte) 2008-12-16 周二, 上午9:07 (282 reads)
- 老芦，你还是计算有误 -- zzzz - (46 Byte) 2008-12-16 周二, 上午8:33 (257 reads)
- 我也给你的数字游戏搞糊涂了.难道哈代-温伯格定律错了?我再仔细想想 -- zzzz - (0 Byte) 2008-12-16 周二, 上午7:54 (150 reads)
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