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为什么出生性别比率接近 1:1,成为了物种进化的稳定策略?

图片:Andy Holmes / CC0

虾说,生物汪&自然控。立志写出最酷的科学

ag环亚娱乐平台 www.ciyunnanjd.cn 这个说法很有意思!它其实就是演化生物学里著名的“费雪原理“(Fisher's Principle)。这个原理出自费雪的著作The Genetical Theory of Natural Selection,但其实并不是费雪最早提出的。

简单的解释是:

  1. 假设动物有能力控制自己的性别,而且这种能力是可遗传的,比如“多生雄性”。
  2. 那么接下来的世代中,雌性更少,更加抢手,因此更容易传递基因。
  3. 因此,“多生雌性”变成了一种优势性状,因为自己的后代(雌性)更容易传递基因。
  4. “多生雌性”这一优势性状受到了自然选择的眷顾,在后代中大量出现。
  5. 于是雄性后代变少,成为了更加抢手的性别,历史重演,由此往复。

在这种情况下,雌雄后代比例 1:1 是进化稳定策略(Evolutionarily Stable Strategy,ESS)。以人类为例:人类的“男性:女性”出生率是 103:100,虽然有细微差异,但比例已经很接近 1:1 了。费雪推测这种细微的差异可能是因为男性更有可能在孩童时期死亡。

从博弈论的角度来说,这就是一个典型“少数派博弈”(看过漫画《欺诈游戏》的同学应该对此有印象):在做出选择时,少数派会得到优势。但在进化中,这是一个多轮博弈:少数派得到优势繁衍之后又会成为多数派。在不断的波动后,最后会变成接近 1:1 的比例。

说到这里,可能不少朋友已经觉得这个理论有道理了,因为它逻辑上说得通。但作为实证学科,自然科学并不能只靠逻辑。举个例子,“光速不变”对于日常生活中的大多数人来说是不符合逻辑的,但它也是被实验检验过的结果。那么,有没有实验可以检验费雪原理呢?

还记得中学时候学的孟德尔和孟德尔遗传吗?男性的性染色体是 XY,女性的是 XX。分离组合后,第二代的性别比例还是 1:1。

不过在果蝇中,事情可就没有这么简单了。果蝇虽然和人一样也用的是 XY 性别系统。但是有些果蝇 X 染色体上会携带一个 SR 基因。这个基因的产物可以抑制带有 Y 染色体的精子。因此携带了 SR 的基因的雄性果蝇会产下更多的雌性后代(可以将它理解为“多生雌性”的基因)

哪里有压迫,哪里就有反抗,SR 基因可以改变果蝇后代性别比例,但在果蝇的常染色体上也有可以抑制 SR 的基因(之后我们称它为“抑制基因”),这个基因可以让果蝇后代的性别比例变回 1:1(与 SR 基因相比,可以将它理解为“多生雄性”的基因)。不过和人类的 ABO 血型一样,这个抑制基因并不是每一只果蝇都有,而是存在多样性。这就为实验带来的可能。

在实验中,研究人员用了上千只果蝇(Drosophila mediopunctata)。果蝇中所有的 X 染色体上都有 SR 基因,但是只有一部分常染色上带有“抑制基因”。一开始的时候,因为 SR 基因的缘故,果蝇中的雌性数量远高于雄性,雄性属于稀有性别,因此更加抢手。按照费雪原理,“抑制基因”可以增加后代的雄性比例,而雄性是抢手的稀有性别,所以“抑制基因”会受到到自然选择的眷顾,并且提高种群中雄性果蝇的比例。

那么实验结果如何呢?这个实验证实了费雪原理的观点。正如费雪原理所预测的一样,在 49 代的时间里,雄性果蝇的比例从最开始的 16%上升到了 32%,上升的趋势符合费雪原理的数学模型。同时“抑制基因”的基因频率也有所上升。据推测,大约在 330 代之后(约 29 年),果蝇的雌雄比例会接近 1:1。这个时间在演化的尺度上说并不长。

不过,费雪原理并不能应用于所有生物。费雪原理默认动物的性别比例是由基因决定的。但是非基因的因素也能改变性别比例。最直接的例子就是父母对不同性别的后代不同程度的照顾(在人类中,针对特定性别的弃婴行为就是一个极端例子)。一些动物的性别比例可以根据环境变化,比如海龟(孵化温度),小丑鱼(体型)等。

更有趣的是一种叫鸮鹦鹉(Strigops habroptilus)的呆萌鸟类,雌鸟会根据食物情况决定孩子出生的性别。

鸮鹦鹉是一夫多妻的动物,个头大的雄鸟可以得到很多配偶,但个头小的雄鸟可能会单生一辈子。在食物缺乏时,即使生下了男孩,自己的儿子也会因为个头下而找不到伴侣。因此鸮鹦鹉妈妈会倾向于生女孩。

相反,在食物充足时,生下的儿子可以在充足食物中长得很大,从而有很多配偶并产下很多后代。因此这种情况下鸮鹦鹉妈妈会倾向于生男孩。

鸮鹦鹉是濒危物种,在新西兰的保育人员在喂养雌鸟的时候需要格外小心,既不能让她们饿着,也不能让她们吃太多,不然就只生男孩子了。

人类中并没有被发现食物决定后代性别和基因决定后代性别的原理,所以别想多了。

参考资料:

Central Intelligence Agency

A New Sex-Ratio Abnormality in DROSOPHILA OBSCURA

http://www.genetics.org/content/148/2/719

Conserving the kakapo

费雪也是剑桥大学遗传学系的元老级人物之一,为遗传学系的建设做出了不少贡献。

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