互动科普

我们人类是由60万亿个细胞组成的多细胞生物。细胞的每一个DNA都有遵从死亡程序的“死亡基因群”。细胞读取死亡基因传递的信息，然后实行死亡。从生物进化的角度来看，这种死亡模式是从什么时候开始出现的呢？

一倍体生物不会死

大肠杆菌只有一组染色体，生物学上把这种生物称为“一倍体生物”。

大肠杆菌通过分裂完成增殖。大肠杆菌的增殖就是将所有的遗传基因完完整整再复制一套，然后分裂成两个相同的个体。

只要有营养，大肠杆菌就可以不断分裂，不断增殖。分裂次数无上限。由于不含死亡基因，所以不会自己死亡，这才是真正的不死之身。

从最初的生命诞生，大约20亿年间地球上所有的生物都是像大肠杆菌这样的一倍体，它们通过分裂完成个体的增殖。这意味着，20亿年的漫漫时间，生物从来不会自然死亡（外界原因导致的事故性死亡除外）。

好景不长，20亿年后，有着自然死亡系统的生物诞生了。它们与一倍体生物不同的是，自身有着两组染色体。我们人类就是这样的一种“二倍体生物”。

制作各种各样的基因组

从自己不会死亡的一倍体生物，到有自己生命期限的二倍体生物。这种差异是如何产生的呢？

大多数二倍体生物都不会仅靠分裂来完成个体的增殖。通常，它们通过雌雄个体合力完成增殖。

在进行繁殖之前，雄性个体和雌性个体会分别将自身拥有的2组染色体混合，然后把1套染色体放到生殖细胞（比如精子或卵子）中。当精子遇到卵子，就会产生拥有2套染色体的个体（它们的孩子）。如此产生的遗传基因组，导致了个体与个体之间的差异。

这种差异造成了二倍体生物的遗传基因多样化。即使是同一对个体产生的新个体，对温度、疾病等的承受力也有可能大不相同。如此，万一环境突然发生巨大变化，生物个体全军覆没的危险性就大大降低了。

生物学上将二倍体生物的生殖方式称为“有性生殖”。二倍体生物有着自己的“性”，这一点是其与一倍体生物最明晰的区分方式。科学家把大肠杆菌这样的繁殖方式称为“无性生殖”。

图1. 无性生殖和有性生殖

以大肠杆菌为代表的一倍体生物（左图）通过无性生殖完成增殖。大肠杆菌的DNA中不含“端粒”，所以分裂次数无上限。与此相反，进行有性生殖（右图）的生物增殖依靠混合两性的遗传基因，一个个体的生殖细胞与另一个个体的生殖细胞融合（受精）。如此一来，后代的遗传基因组是全新的，不与任何一方雷同。

有死亡，才有性

二倍体生物有自己的性系统。同时它们也有着自己的死亡系统。性和死亡，究竟有着什么样的关系？

基因“混搭”造成有性生殖可以产生多种多样的遗传基因组。这样的好处是可以产生适应多变环境的个体，不足之处则是：混合过程可能出现异常。

如果个体有这种异常基因，则它们的成长过程会很坎坷，甚至早早夭折。不过不要忘了，二倍体生物有着两套染色体，所以即使有一套出了问题，只要另外一套正常，就不会影响个体的成长。只不过，万一异常基因存在于生殖细胞中，事情就没有那么乐观了：因为这种异常会遗传给后代。

田沼教授表示：“如果异常基因在子孙后代体内不断传递，总有一天所有的个体都会发生异常，严重的会导致该物种灭绝。”

“死亡”从此开始。田沼教授继续解释说：“当有性生殖产生异常基因组合的那一瞬起，拥有意图消灭此组合的系统（死亡程序）的生物就开始出现。就是这样的生物，成就了我们今天如此繁荣的地球。”

草履虫是最先拥有死亡系统的生物

“从最初的死亡，到现在，死亡系统也在不断进化。”田沼教授表示。由于同时拥有性系统和死亡系统，二倍体的单细胞生物经常被拿来做研究，首当其冲的就是草履虫。

草履虫有两个细胞核：大核与小核（详见上图）。取出小核之后，草履虫同样可以存活。因为维持生命活动的信息都是由大核提供的。小核只是掌管着有性生殖。

草履虫一般分裂600〜700次的时候会发生异常并死亡。不过在此之前如果利用有性生殖产生了新的基因组，该草履虫的生命则得以延续。

草履虫的有性生殖，指的是两条草履虫的小核融合，产生新的小核。此时原来的两个大核逐渐破碎，最后消失不见，取而代之的是在小核的复制过程中产生的新的大核。

图2. 草履虫的有性生殖

就这样，小核不断传承给后代，大核则消失不见。这跟我们人类将生殖细胞遗传给后代，自己的身体却终将死亡非常相似。由此我们可以推断，死亡系统的出现以二倍体的单细胞动物为开端。

（本文发表于《科学世界》2011年第8期）