导语：你能想象吗，也许有的生物天生就是耐得住寂寞，不需要交配的形式就能够自己繁衍，并在激烈的生存竞争中占据自己的一席之地。Jenny Graves教授为我们介绍的这种水生生物——轮虫，不仅能且只能够无性繁殖，还能从其他生物有机体获得新的基因。由此，生命“为何性交”的疑问也在本文中展开了探讨。
关键词：轮虫；遗传进化；性交
在生存的竞赛中，有性生殖被认为是基因遗传保留与融合的基本要素。而让这一理论显得十分尴尬的是，一种名为轮虫的微生物，是一类数百万年来以无性手段进行繁衍的物种。
理论认为它们应该会灭绝，但很明显它们并没有。那么它们是如何做到的呢？
现如今，DNA测序显示它们通过吸纳相同或不同种的轮虫基因来弥补有性生殖的缺失，甚至会从真菌和细菌中获取。
你可以在池塘或者洼地中发现轮虫。在显微镜下，它们是极其小巧的小型（小于1毫米）多细胞无脊椎动物，像小桨轮船一样行驶着。
它们用头部的纤毛圈驱动向前，然后用坚固的小颚绞碎随之漂浮起来的水藻，造成了行船样的错觉。
当水洼干涸时，轮虫会收缩成脱水的小点，看起来就像是起了皱的橡木桶。它们可以以这样的方式维持许多年，直至被风吹带到新的水池中。它们仅需要几个小时就可以再次充满水分，并且高效地修补它们在脱水期间多处破损的DNA。
这一不起眼的小生物对理解生物学最古老的未解谜团之一——为什么生物需要性交——造成了巨大难题。
为何性交？
性交是及其低效的。动物在求偶与维持配偶关系上浪费了大量的时间与能量。更糟糕的是，群体中的半数因此没有后代。
“为何性交”这一问题首先由查尔斯·达尔文在150年前提出。自此以后，进化遗传学家始终困扰着，为何有性生殖似乎总是在进化的竞赛中胜过无性生殖。
几十年间，人们提出并讨论了许多理论。最被广泛接受的说法是有性生殖对于重新组合亲本的遗传物质、构成新的基因组合十分有效。
这使得动物能够应对环境的改变并占据新的生态位，更重要的是，这些新的基因组合通过制造”移动靶“帮助动物牵制病原体。
动物中的性交
在哺乳动物中，有性生殖是必须的——因为我们没法做到孤雌生殖。在一些爬行动物和蛙类中，雌性可以用自己的基因组合生产二倍体的卵来进行单性繁殖。但是从未受精的卵生长而来后代的适应性并不如它们通过有性生殖繁衍而来的兄弟姐妹。所以无性生殖的物种并不能长久。
许多无脊椎动物既能通过有性也能通过无性的手段繁殖，其中一些（比如蚜虫）只是偶尔”纵欲于性“以响应环境因素的变化。但是从来没有完全与”性“无关的生物——除了蛭形轮虫。
自从荷兰科学家列文虎克第一次在他新发明的显微镜下观察到蛭形轮虫，几百年来没人看到过雄性轮虫。
雌性会生产卵子却不发生减数分裂（产生精子或卵子时发生的染色体数减少的现象），所以其卵中包含的所有遗传物质都与她的相同。
蛭形轮虫的基因组非常的古怪。每个基因，正如二倍体，有两份拷贝，但它们却十分不同。这表明它们来源于两个物种的杂交，这两个物种的基因和基因组在6000万年前就已有了差异。
它们的同源染色体被不同地重新安排所以它们无法在减数期配对。这一结论表明蛭形轮虫无缘于“性”已有6000万年之久。
轮虫的新DNA
对蛭形轮虫基因组进行测序得到了意想不到的结果，大约8%的基因看起来并非来自自身。一些是真菌和细菌特有的基因，赋予轮虫以抗击毒素和利用新的食物这样的便捷特性。这一发生在轮虫与其他有机体之间的基因“水平转移”是一个古老且持续的过程。
外源DNA在轮虫基因组中广泛覆盖。它们是如何进入基因组的？似乎脱水让细胞膜上的小孔能够吸取DNA。轮虫应对脱水期间受损双链DNA的高效修复机制对于整合外源基因到它们的基因组十分理想。
发生在从其他轮虫个体或物种获得的DNA上的事更为惊人。它们并非随机地整合在基因组上，相反地，它们依次排列在DNA序列上然后结合。这意味着更新版本的特定基因也许能替换老旧的基因。
细菌也能做到
从环境中获得和利用DNA并非轮虫一家的专属能力。
细菌通过裂变进行增殖以产生相同基因的克隆细胞。但是它们能够从其他菌株中获得DNA，与既有的基因进行交换，并向外界表达不同的蛋白。这一“DNA转化”为基因由DNA构成提供了第一个证据。
DNA转化只是它们吸纳形形色色基因的多种技巧中的其中一种。细菌同样能够通过病毒接受外源细菌基因的小包裹。
一些细菌能够通过管状结构交换长DNA分子，甚至是整个基因组。这种结合看起来就像我们所认为的性交行为。
为了得到大规模不同的基因型，对于脊椎动物和无脊椎动物而言，有性繁殖看起来仍然是这场”适者生存“长跑中的最佳投注。
而”性“的缺失，诸如轮虫这样的小有机体不得不找到它们自己丰富基因池的方式。
不但没有证伪基因多样性对于成功演化的重要性理论，轮虫的例子从另一个角度将之证实。
作者简介：
Jenny Graves是澳大利亚拉特巴大学遗传学领域杰出教授
本文观点仅代表作者，不代表《科学美国人》。
（翻译：纪宇琛；审校：杨玉洁）
原文链接【科学美国人博客】：
https://theconversation.com/these-sex-starved-creatures-scavenge-new-genes-from-other-pondlife-56913
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