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轮虫从其他池塘生活中清除新基因而不是有性繁殖

2019-01-24 11:26:11 • 来源：

有性繁殖被认为是混合基因和在竞争中保持自己的生存所必需的。这种理论的一个主要尴尬是被称为轮虫的微观动物，其中一类动物在没有性别的情况下繁殖数百万年。理论说他们应该灭绝，但显然他们不是。那他们是怎么做到的呢?DNA测序现在表明它们通过掺入来自相同或不同物种的其他轮虫或甚至来自真菌和细菌的基因来弥补它们的性别缺乏。

你会在池塘或水坑里找到轮虫。在显微镜下，它们是非常可爱的小(小于1毫米)多线无脊椎动物，像微小的桨式蒸汽机一样开车。这是一种幻觉，来自围绕头部的旋转纤毛圈，驱使它们前进，并通过它们坚韧的小颚流淌着美味的藻类和腐烂的浮渣。

当他们的水坑干涸时，轮虫会缩成看起来像褶皱桶的脱水斑点。他们可以保持这种方式多年，并吹到新池。它们在短短几个小时内补充水分，并且可以有效地修补它们的DNA，在干燥过程中在许多地方破碎。

这个微不足道的小动物对于理解生物学中最古老的一个谜团提出了一个大问题：为什么动物会发生性行为?

性爱为什么?性是非常低效的。动物浪费了大量的时间和精力来追求和保持交配。更糟糕的是，一半的人口没有后代。

“为什么要做爱?” 150年前，查尔斯达尔文首先提出了这个问题。从那时起，进化遗传学家就想知道为什么性似乎总能赢得无性繁殖的进化竞赛。

几十年来，许多理论都被提出并进行了辩论。最被接受的是，通过重组亲本基因组，性对于改组新的基因组合是有用的。

这使动物能够适应变化的环境并殖民新的生态位。重要的是，所有这些新的基因组合都有助于动物通过给它们一个“移动目标”来阻止病原体。

动物的性别

在哺乳动物中，有性生殖是必须的 - 我们不能生育。一些爬行动物和青蛙物种通过孤雌生殖繁殖，其中雌性通过自身基因的组合产生二倍体卵。但是，未受精卵产生的后代不如性姐妹更适合。所以无性物种不会持续很长时间。

许多无脊椎动物可以通过性和无性繁殖，有些(如蚜虫)只会偶尔沉迷于性生活，以应对环境因素。但除了蛭形轮虫外，没有一个从未发生过性行为。

自从荷兰科学家安东尼·范·列文虎克(Antonie van Leeuwenhoek)在他新发明的显微镜下首次看到莴苣轮虫以来，数百年来，没有人发现过男性。

雌性产卵但没有减数分裂(产生精子或卵子的减少部分)，所以她的卵子都含有与她相同的基因组。

蛭形轮虫的基因组很奇怪。每个基因有两个拷贝，正如你对二倍体所期望的那样，但它们是非常不同的。这表明它们起源于6千万年前基因和基因组分化的两个物种之间的杂交。

他们的同源染色体有不同的重排，所以他们不能配对减数分裂。结论是蛭形轮虫已经避开了6千万年的性行为。

轮虫的新DNA

对bdelloid轮状基因组进行测序产生了一个惊人的结果，因为大约8%的基因看起来很陌生。一些基因是典型的真菌或细菌，并赋予轮虫以方便的新特性，例如分解毒素或使用新的食物。轮虫和其他生物之间的这种“ 水平转移 ”是古老而持续的。

外来DNA遍布轮虫基因组。那它是怎么到达那里的?似乎脱水会在细胞膜上形成可以吸收DNA的孔。轮虫在脱水动物中修复双链DNA断裂的有效机制非常适合将外源DNA整合到基因组中。

更加特别的是来自其他轮虫个体或物种的DNA会发生什么。它没有被整合到基因组中的任何地方，而是与适当的DNA序列排列并重组。这意味着特定基因的新版本可能取代旧版本。就像性一样。

细菌可以做到这一点

这种从环境中吸收和使用DNA的能力并非轮虫所独有。

细菌通过裂变繁殖以制造遗传上相同细胞的克隆。但它们可以从另一种细菌菌株中吸收DNA，将其换成常驻基因，并在野外表达变异蛋白。这种“DNA转化”提供了基因由DNA制成的第一个证据。

DNA转化只是细菌用来清除变异和新基因的几种技巧之一。细菌也可以通过病毒接收少量外来细菌基因。

一些细菌可以通过管状结构交换长DNA分子 - 甚至整个基因组。这种结合看起来最像我们认为的性行为。

从长远来看，有性繁殖仍然是最好的选择 - 脊椎动物和无脊椎动物。

在它缺席的情况下，像小轮虫这样的生物必须找到其他方法来增强它们的基因库。

遗传变异对于进化成功至关重要，而不是伪造遗传变异的理论，轮虫很好地证实了这一点。

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