为什么地球上的大多数生物都分为两性,而不是三性甚至更多性别呢?

从生理上来说,人类显然是分为男女两性的,这是由人体内有没有Y染色体来决定的。不过今天在邮件组里跟人讨论其他问题,有人回复了这么一条:

同源染色体的基因重组本是用于降低有害突变保留的几率、维持遗传完整性的,但Y染色体因不能与X染色体发生重组,被认为容易发生损毁而导致退化。人类的Y染色体在其演变的过程中丢失了原本拥有的1,438个基因中的1,393个,约每一百万年丢失4.6个基因。据推算,若Y染色体仍以这样的速率丢失基因,它有可能在一千万年后完全丧失功能。灵长目动物(包括人类)的Y染色体已严重退化这一现象预示着,这类动物会相对较快地发展出新的性别决定系统。学者估计,人类将在约1.4千万年后获得新的性别决定系统。

不过,据说Y染色体的退化并不意味着男性的灭绝,而是会产生新的性别决定系统,最终还是会分出两种性别。据说这样的事情在果蝇身上还真的发生过!

于是,我的问题就来了。性别决定系统的颠覆是在短短几代里就发生的吗?在这几代之中,人类会不会一下子出现好几种性别?

如果再引申一下的话,为什么地球上的大多数物种都是两种性别?有没有可能在某个星球上,大多数物种是三种甚至更多种性别的呢?

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37个答案
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Ent古生物学博士生,科学松鼠会成员

2012-02-04 09:13

我补一点:三性生物的一个致命伤是怎么分配细胞质基因(叶绿体、线粒体里面那些)。

向后代传播基因是任何一个生物体的首要任务,在这个过程中如果有任何损人利己的机会,所有生物都会毫不犹豫地抓住。即使在基因层面,也是如此。

对于核基因,由于减数分裂的存在(其实减分也是漫长斗争之后达成的妥协,不过这是另一个故事了),双方配子基本可以严格遵循AA制,捣乱的结果就是一起完蛋。

但是质基因却没有这样的公平机制。细胞分裂时,所有质基因是随机分配的,不像核基因那样严格地两个子细胞各拿一份。这时候,某个基因在细胞质里的比例越大,越可能传到后代里面去。

假设一个生物的配子分为A和B两型,二者结合时细胞质直接融合,那么细胞质基因就有A和B两套。两套基因既不相同,又没有机制保证公平分配,那么假如我是A,最佳策略是消灭B自己独大,这样后代可以保证100%都是A。

这就是战争的起源。(咦?)

有些同配的衣藻里面这种机制到现在还存在。两个配子各带一票质基因,双方使用大杀器核酸水解酶进行MAD式的战争,最后只有不足5%的线粒体和叶绿体能幸存……

这当然是一种很没效率的做法。

对此的一种解决方案是,既然达不成AA协议,那就达成互相请客协议。我产生两种配子,一种干脆直接认输,上来就扔掉自己的细胞质基因。看起来这一次是我吃亏了,但是假如我是雌雄同体,我既有精子又有卵子,我的细胞质基因不至于马上断代。或者,就算我是男性,但我的母亲会生下同样数量的男女,我的姐妹还能让这套细胞质基因流传。

只不过,在互相请客协议之下,就没法弄三个性别了。雄性是请客的,雌性是被请的,第三个性别怎么办呢……

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moogee果壳网主编,科学松鼠会成员

2012-01-31 16:14

这涉及到性的起源的问题。

生物为什么要有性?说到这个问题就必须说到“@红色皇后”。红色皇后是《爱丽丝镜中奇遇记》中的人物。她抓住爱丽丝不停奔跑,看起来是不断前进,其实却一直停留在原地。后来,这个典故被引入演化理论,成为“红色皇后假说”:对于一种生物来说,它的演化速度一定要和共同演化的系统保持一致。为了达到这个目的,生物之间一直在进行“军备竞赛”。这个假说在1973年由范·瓦伦提出。

性其实就是“@红色皇后”的需求(这句话看起来怪怪的……)。无性生殖自己跟自己较劲,节省能量,又减少了寻找配偶的风险,产生的后代也更多一些。但因为缺乏基因交换,后代和亲代高度相似。有性繁殖可以让生物个体彼此交换基因,这个做法风险很大,消耗也大,但可以混合父母双方的基因,有利于在赛跑中获得优势。

至于为什么是两性而不是更多性。我觉得是因为两性实际上是成本最低的做法。有性繁殖的性越多,繁殖一个后代所需要参与的个体越多,那么繁殖越不容易进行。

嗯,不是学这个的描述可能有误仅供参考。正经的要呼叫@Ent @花落成蚀 @水色星空 @Ashie 等专业人士。。。

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少个螺丝乳品专业博士,科学松鼠会成员

2012-01-31 17:47

1. 性别决定系统的颠覆是在短短几代里就发生的吗?在这几代之中,人类会不会一下子出现好几种性别?

你的蓝字部分也说了,“据推算,若Y染色体仍以这样的速率丢失基因,它有可能在一千万年后完全丧失功能。”,因而,性别决定系统的颠覆不会在短短几代里发生,而是要经过长长的若干代才会发生。所以人类也就不会一下子出现好几种性别。

就算Y染色体消失了,起男性性别决定作用的SRY基因还是有很小的可能被复制到X染色体上,从而以另一种方式被保留下来。因为缺失了SRY基因的缺Y男性可能会丧失生育能力,从而无法把他的基因传递下去;而单X染色体上含有SRY基因的男性,则可能正常发育出睾丸等杂碎,从而可以把基因传递下去。也许长此以往,以后性别就分化成女性(XX或者正常单X)和伪娘(含有SRY基因的X)两种了。这就类似于某些昆虫的XO性别系统。

2.如果再引申一下的话,为什么地球上的大多数物种都是两种性别?有没有可能在某个星球上,大多数物种是三种甚至更多种性别的呢?

两种性别比较省事。多种性别也是可行的,只不过可能最后也会演变成两种性别。假设某外星物种有六种性别,其中两种负责生育(类似于女性),其他4种只负责提供遗传物质(类似于男性),那么竞争就存在于两种女性之间以及四种男性之间。在经过很多代之后,高帅富的男性后代会更多,慢慢取代了另外几种剩男。同理,剩女也会被慢慢淘汰。于是最后剩下的又是两种性别了。。。

这个结论好残酷啊。。。

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花落成蚀果壳谣言粉碎机编辑

2012-01-31 16:38

其实,我觉得在这样玄的问题上说两性没有意义。因为生物还分构件生物和单体生物呢,不一定能用两个性别来套。例如,对于构件生物,同一种植物,有的个体只有雄花,有的个体只有雌花,但有的个体有双性花。在这些例子上,讨论个体的性别没有意义。而对于单体生物,那些雌雄同体的怎么算,能够性逆转的怎么算?
不如把问题稍微转化一下,讨论一下为什么绝大多数情况下配子只有两种。

两性生殖,配子的模式一般来说有三种。
1 同配,两个配子没有差异。
2 异配,这还分两种情况:一种是生理的异配生殖,参加结合的配子 形态上并无区别,但交配型不同,只有不同交配型的配子才能结合。另一种是形态的异配生殖,参加结合的配子形状相同,但大小和性表现不同。
3 卵式,当异配发展到极至,就成了一个精子一个卵子。

为毛配子生殖一般都是两个配子融合呢?两个人碰到一起都要缘分了,三个人才能组成家庭那该多难……

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Ashie生态学硕士生

2012-02-01 04:17

就回答第二个问题吧...
接着@桔子帮小帮主 师姐的回答,讨论“三种性别中任意两种遇到一起就可以交配”这个设定...
按照生态学的说法,任何性状得以存在至今,是因为它能让“收益-成本”最大化。
那么相比于无性繁殖,有性繁殖的收益和成本分别是什么呢?

收益:能迅速产生变异,对环境变化作出反应;
成本:不能随时随地繁殖(需要找到交配对象),并且找到了交配对象可能还要跟其它同性争风吃醋,这些都是很消耗能量的...

于是我们来看看两种性别和三种性别的收益和成本有没有区别~

//以下是一些充满专业术语的计算...
先说收益,假设某基因位点有两个等位基因A和a,它们在种群中的基因频率都是50%,在哈代-温伯格平衡的状态下无论雌雄,产生A配子和产生a配子的整体可能性都是50%,后代的基因型是25%的AA、50%的Aa和25%的aa。
假如把性别变成三种,那么对于某基因型未知的个体,产生A配子和产生a配子的可能性仍然各为50%,不管它是什么性别...这样,后代的基因型还是25%的AA、50%的Aa和25%的aa,跟两种性别时一样。
也就是说,重要的是等位基因的基因频率而不是性别数量,无论性别有多少,后代的基因型总是那几种~

再从成本的角度看看吧...首先三种性别要能互相在外表上区分开,就得比两种性别多消耗能量,不管是表现出外在特征还是识别这些特征;然后还有一些行为学上的问题,比如“一雄多雌”在三种性别的时候会表现成什么样呢?一个X性别养一堆Y和Z性别的后宫?那Y后宫和Z后宫产生感情了肿么办?要是只找Y性别的后宫,那成本又高了...还有抚养孩子时候分工的问题,谁孵蛋,谁喂奶?如果有一个确定的性别X来做这些事,那么Y和Z生的孩子肿么办呢?如果让三种性别都有喂奶的能力,那成本又高了...

扯远了,总之三种性别这事儿呢,在生态上并没有明显的优势,但劣势却是不少,所以它才没有变成主流吧...

顺便,刚才翻wiki发现,如果把同配生殖里那种外表没区别基因上分“+”“-”两型也算作性别的话,其实多种性别还是存在的...详情戳这里

胡言乱语了这么多,等@红色皇后 拍砖,并且期待偶像@Ent 从进化角度给的解答...>.<

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桔子帮小帮主细胞生物学博士,果壳网研究员

2012-01-31 16:54

Steed问的肯定不是XYZ三种性别必须凑在一起才能生殖的状况,我相信他不稀罕问,我也不稀罕答……
一定是在问,会不会有xy,xz,yz都能生的,产生的配子分别是x,y,z。
那从演化的角度抛个砖,性别的产生(每个新性状的产生)有代价(比如消耗额外能量),而且每次产生新的突变,虽然也有很多中性的,但是很多是有害的,所以很容易被淘汰,所以本来突变出一个性别就够不容易了,在两性基础上,再想出现一个新性别,又必须涉及到很多基因的改变,就太难了……

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史军植物学博士,科学松鼠会成员

2012-02-07 13:25

我记得在里德•戴蒙德《性趣探秘》里对这个问题有过详细的论述。大致的意思是,两性已经可以保证基因交流组合和后代的杂合优势。如果是换作三性的话,寻找合适的配偶就会消耗大量的能量。
注意了,进化历史都是偏爱那些高效节约的系统。所以两性就占了主导地位。

6 0

http://www.guokr.com/article/436848/
七种性别的那篇找到了,四膜虫,真核单细胞生物,两两交配,子代性别随机。

我发现这个玩法有个好处,如果七种性别都是随机生成的话,遇到“异性”的概率就是七分之六,比两性生殖的时候大多了。

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小破医学生,音乐爱好者,二次元控

2013-10-08 22:42

《自私的基因》作者提到过同配生殖,进化策略里面只有老好人即卵子,大骗子精子,这两种极端策略优胜胜出了。可以按照统计学去博弈,结果应该是一致的。

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有趣的是回答支持数最高的人是phd

好了说正经的,两性繁殖有三种配对形式,基友、百合、该被烧死的异性恋,前两种是无法产生后代的,但因比例较小所以我们的种群还一直在延续。假设性别变为三种,那就有九种配对形式,三种是肯定无法繁殖的,还有六种配对形式,如果加上生物本身的偏好,比如某人不爱男的,也不爱女的,就爱博士,可博士毕竟很稀少啊,碰见博士的概率就很低,那么很可能就终身不啪啪了,不啪啪基因就无法传递下去,就灭绝了。所以三种性别的繁殖效率不如两性高。

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在我看来啊,节操这东西真的还是不能老掉来掉去,至于说的什么XXOO决定后代性别的问题,说乱也不乱,说不乱也乱,现在应该来一个果壳大猜想。我的理论如下:
假如说有三种性别: A 、B、 C,为什么非要三者一起才能生孩子呢,应该是A+B=C 、A+C=B、B+C=A,这样是会永远持续下去的,不会乱套,生孩子还是两性可为,节操不会掉的!

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我认为最重要的便是上楼的答案,消耗能量
生物非常精明地计算着它的每一点能量,永远都是对它们有利才会使出(包括亲缘选择理论),除非被骗了。。
至于别的应该都是间接理由了

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小日专攻材料学

2013-10-08 14:13

两性比较容易凑一局 就好像麻将容易三缺一

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如果Y一直在衰变,那Y当初是怎么产生的。

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地球是还是无性繁殖的物种占绝大多数吧……另外为什么有性繁殖都是两性,很简单——因为3P、4P...是不道德行为——囧RZ

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我觉得“两性”产生的根本原因是“两个性别”是介于最丰富的配子方式和最节省的染色体种类之间的平衡吧,两性繁殖中任意两个异性生殖细胞经减数分裂后的配子搭配共有四种组合,已经足够丰富了,三性无论从进化角度看还是从繁殖角度看都会更麻烦

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可能是属于生物分工的需要。
生物体完成繁殖需要。1-遗传物质。2-生长环境。
就两种任务。一个目的。获得遗传。
所以第三者是不道德的。。
一般来说性别多样化更多的是可逆。雌雄同体等状况。。
不知道有没有完全独立的第三性

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有没有可能发展3性别,类似3维向量型的,单体i,j,k,生殖后代类似叉乘法则,不加正负号(类似取模)。
即同性间无后代,两异性间后代表现是另外那种类型。
想象一下还是很奇怪的。

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土豆地蛋电子科学与技术

2013-10-09 10:35

为什么没人扯到阴阳~~~~~


人类的Y染色体在其演变的过程中丢失了原本拥有的1,438个基因中的1,393个,约每一百万年丢失4.6个基因。据推算,若Y染色体仍以这样的速率丢失基因,它有可能在一千万年后完全丧失功能。
话说 这个丢失是线性的吗?

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我记得果壳有介绍传说中的7性生物的,现在肿么找不到了……

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忽然让我想起了全职猎人里面万能的女王大人的摄食交配!!

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楼主 我突然感到一种深深的无力感 人类自以为能改变地球 自身的发展使地球升温 可是一个简单的小冰河时期就把温度降下去了 而如今人类不孕不育不是因为喝多三鹿而是基因层面的淘汰....................妹啊 人类实在弱爆了!

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个人感觉,瞎想的,3性不容易行的通是因为,对于选择者来说,你选的不能是最强的,而是最强和次之的。不像2性,只选最强的就好,简单有效。

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自然选择会进行最优选择,而生物两性具有更优化。三星或者更多,是难以想象的。

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好像蘑菇有几万种性别, 度娘说的

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有李俊基这就说明Y染色体真的在退化,但看到李宇春,我仿佛又看到了希望

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会不会有一个JB的男性,两个JB的男性,一个咪咪的妹子,两个咪咪的妹子,三个。。

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如果人类的性别,有三种或以上我们如何繁衍。这个世界就会不平衡的,不符合“阴阳相生相克平衡之理”呀!在说―适者生存,不适者淘汰早已成为自然定律,不可能改变的。

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独眼小太阳专业厕纸物流师

2014-05-18 19:12

YY一下像打麻将一样的性行为:“喂,隔壁老张,你来吗?三缺一!!快上场,我们就少你一个啦!!”

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题目里面有一个很重要的条件.就是两性繁殖.所以呢...不管原先这一生物有多少种性别...只要是任意两性可以繁殖,那么可以预见的,这些性别中一定有两种性别在某些方面有特别的优势而在繁殖竞赛中获胜,

最终的结果就是只剩下两种性别.

按此假设,如果某种生物有无数种性别,但是必须需要N(n>=1)个任意不同的性别才能繁殖.

那么竞争到最后剩下的性别一定是N

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看到这么多大牛回答这个问题,就知道此问必然很有深度了。。。

第一问尝试着摸索一下:
单纯从基因角度讲确实千万年后,男人的Y染色体可能真的消失了。不过以现在的科技发展速度看,恐怕人工子宫以及可靠得基因控制,最多几百年以后就出现了,在我这种转基因的粉丝来看,也许有生之年就能看到人类主动得改善自身基因序列,所以对于Y染色体的危机,我认为可以等到人为进行干预。(当然,是否需要干预还要看到时候的研究结论)

第二问就要深入一下了:三种性别的生物。(我组织了将近10分钟语言,才理清思路,太乱套了!)
首先,既然假设这三种性别的生物存在,那么这三种性别必然有存在的意义(貌似废话),所以。。。这三性生物的性行为(有繁殖意义的性行为)必然是发生在三性之间,也就是三个个体。
那么。。。且不论节操之类的东西。三个个体的性行为。
一,基因角度。这种生物的DNA应该是由三条(或者三的倍数)DNA单体链组成,3、6、9???分别来自三个不同性别的个体,那么问题来了,如何进行减数分裂?1、1、1?这已经不是减数分裂了。。。(以我们现有的遗传学理论来套这个三性生物的繁殖方式太乱套了)。
二,OOXX过程角度。三性繁殖,三种类型的配子。那么照理来说、原则上讲、应该可能大概是、三者同时进行性行为才行,且不论这个生物什么构造,这三种配子结合过程得多奇葩啊,1+1+1?2+1?万一找不到第三性呢?两性结果先存着?还是怎么着?还是那句话,以我们现在的原理来解释,太乱套了。。。


结语:回顾本人写的这些东西,瞬间觉得节操这东西生不带来死不带去,留有何用,全当我贡献给果壳网了!

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自然界据我所知有7种性别,也有几百种性别的,不过比较少见。我查过所有资料,都没有具体的,权威性的解释。所以上面的答案凑合着看吧

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