麥賽爾化石坑(Messel Pit),是德國的世界遺產(chǎn)。這里原本是一個小火山湖的湖底,保存了種類極其豐富且完整的動植物化石,其中包括許多學(xué)名為Allaeochelys crassesculpta的龜。這種龜屬于兩爪鱉科,有趣的是,有不少龜兩兩成對,呈現(xiàn)“一個疊一個”的姿態(tài)。
A. crassesculpta的化石標(biāo)本,編號SMF ME 2449 | Walter G. Joyce et al. / Biology Letters(2012)
參考它的現(xiàn)存近親豬鼻龜Carettochelys insculpta,我們可以判斷成對龜?shù)男詣e(雄龜尾巴長,雌龜尾巴短)。結(jié)果它們果然在做你想的那件事,這是已知唯一保持交配姿勢的脊椎動物化石范例。A. crassesculpta在大約4700萬年前生物性死亡,如今又在人類的圍觀下社會性死亡。
永恒的愛
從化石中,可以觀察到各種凝固在瞬間的生活細(xì)節(jié),甚至包括“私房事”。2013年發(fā)表在PLoS ONE的一篇論文,介紹了中國科學(xué)家在內(nèi)蒙古發(fā)現(xiàn)的一件昆蟲化石:那是一對沫蟬,腹面相對,雄性的陽莖(aedeagus)還插在雌性的交配囊(bursa copulatrix)里。研究者將其命名為Anthoscytina perpetua,perpetua乃是拉丁文“永恒的愛”。
永遠(yuǎn)定格在這一時間 | Shu Li et al. / PLoS ONE (2013)
“微觀尺度”上的性,也能在化石里保存。在澳大利亞一個山洞中,發(fā)現(xiàn)了最古老的精子化石。這些精子來自距今2300~1600萬年的介形類(ostracod)。介形類是甲殼亞門的小動物,俗稱介形蟲,擁有動物界體積最大的精子。有的介形蟲精子長達(dá)1厘米,是自身長度的四倍。不過,一種果蠅Drosophila bifurca的精子比介形蟲更長,達(dá)到5.8厘米,因為它有一條非常細(xì)長的尾巴。
在同一個山洞里,古生物學(xué)家還發(fā)現(xiàn)了雌性的介形蟲化石,它們體內(nèi)保留著容納精子的通道,蜿蜒曲折,比精子本體還要長,真可謂“深不可測”。
雌性介形蟲Newnhamia mckenziana的化石,保存了精子儲存器官和蜿蜒盤曲的通道 | Renate Matzke-Karasz et al. / Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences (2014)
共赴黃泉
化石保留的動物社死瞬間,不僅能提供段子,還蘊含古生物學(xué)和古地質(zhì)學(xué)的許多重要信息。
先前提到的麥賽爾化石坑有個謎:這里的動物是被誰所殺?比較可靠的解釋有兩種:一種是火山湖底的地質(zhì)活動,釋放出了有毒氣體,動物們被熏死。另一種是湖中有毒藍(lán)藻爆發(fā),喝了水的動物中毒而死。
在交配中死去的龜,能給我們提供一些柯南式的線索。現(xiàn)生的水生龜類在求偶的時候,雄性一般會在水中做出一系列動作,傳遞求偶信號,然后才開始爬跨。雌雄會保持爬跨姿勢一動不動,如果交配發(fā)生在開放水域,兩只龜都會沉入相當(dāng)深的水里。
現(xiàn)生的豬鼻龜,光滑的皮膚可以輔助吸收氧 | Bjoertvedt / Wikimedia Commons
藍(lán)藻要陽光才能生存,所以它分布在湖水的表層,如果有藍(lán)藻毒素,也應(yīng)該在表層,龜無法在有毒的表層水里完成求偶儀式。A.crassesculpta屬于鱉總科(Trionychia),這類龜?shù)钠つw缺乏鱗甲,表皮有豐富的血管,可以輔助呼吸,但也提高了通過皮膚吸收毒素的可能性。
更合理的猜測是,湖底的火山毒氣泛上來,但還沒有到達(dá)表層水,湖水呈現(xiàn)雙層雞尾酒的形態(tài):下面有毒,上面無毒。激情燃燒的A.crassesculpta完成了求偶儀式,但開始交配的時候,它們抱在一起一動不動,沉入更深的水里,接觸到了有毒物質(zhì),共赴黃泉。
誰為情種
最古老的“性的化石”,發(fā)現(xiàn)于加拿大的努納福特(Nunavut),是一種約10億年前紅藻的化石,具有兩個性別的孢子,說明它會進(jìn)行有性生殖。它的學(xué)名是Bangiomorpha pubescens,pubescnes意為“青春期”,表示從它開始,地球生物進(jìn)入了18禁有性時代。
開辟鴻蒙,誰為情種?生物學(xué)界認(rèn)為,性的誕生并不僅僅給生活增加了樂趣,還對生命的演化具有深遠(yuǎn)的意義。
B. pubescens紅藻的化石 | Nicholas Butterfield / Paleobiology (2000)
一種觀點是,性可以保存生命的“設(shè)計書”——基因。無性繁殖的生物如細(xì)菌隨時都能生產(chǎn)下一代,但有性繁殖的多細(xì)胞生物,在發(fā)育早期就選定一部分細(xì)胞,供未來的有性繁殖使用(比如,人類卵細(xì)胞的前身“初級卵母細(xì)胞”,在胚胎三個月大時就已經(jīng)形成了)。這一部分細(xì)胞被保護(hù)起來,盡可能減少分裂和外界干預(yù),從而保留了完整的基因,避免產(chǎn)生有害的突變,就像是圖書館保存的善本古書一樣。
另一種觀點更加有趣,性的作用是讓細(xì)胞做好“團建”工作。多細(xì)胞生物的生存,需要許多細(xì)胞的合作:比如有了營養(yǎng),大家分著吃,遇到寄生生物,要派出免疫細(xì)胞抵御外敵。問題是,一般情況下,自然選擇并不會偏袒團結(jié)無私的細(xì)胞,如果有的“自私”細(xì)胞只顧繁殖自己,團體的利益就會受到損害,甚至全局傾覆(有一種“自私”細(xì)胞導(dǎo)致的不利現(xiàn)象我們都知道,叫做癌癥)。
多細(xì)胞生物的細(xì)胞之間關(guān)系很像蟻巢,工蟻犧牲自己的繁殖,來增加蟻后的繁殖數(shù)量 | Pixabay
那么,在什么情況下,自然選擇會讓無私的細(xì)胞獲益呢?如果這個細(xì)胞能選擇幫助自己的親戚,或者是自己的復(fù)制體,那即使它自己做出了犧牲,因為它的親戚也有同樣的“團結(jié)基因”,“團結(jié)”這一“品格”仍然會保留下來,甚至?xí)敝掣唷?/p>
有性生殖的多細(xì)胞生物,都是從一個細(xì)胞(受精卵)發(fā)育而來的,所以除了少量的突變以外,體內(nèi)的細(xì)胞都擁有相同的基因。換句話說,這是一個有助于自然選擇產(chǎn)生“團結(jié)基因”的環(huán)境,大家都是一家人嘛。
B. pubescens是已知最早的,有明確證據(jù)的復(fù)雜多細(xì)胞生物,不過它并不是我們的祖先,在生物進(jìn)化樹的古老枝干上,“性”和“復(fù)雜多細(xì)胞”都在不同的枝杈上起源了多次。而且這兩個天賦點出現(xiàn)的時間很近,這似乎暗示著“性”對多細(xì)胞生命的產(chǎn)生,具有關(guān)鍵作用。性促成了細(xì)胞的“團建”之后,生命才得以從微小的單細(xì)胞形態(tài),發(fā)展出更加巨大、聰明、復(fù)雜和多彩的形式,直到今天都長盛不衰。
有了性,生命就進(jìn)入了一個全新的層次 | Pixabay
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