生命的多樣性

地球生物最初主要依賴細胞的自我複制繁殖，也就是我們通常所說的“無性繁殖”。後期，才陸續出現以基因交換為特征的“有性繁殖”。

究竟從什麼時間以及為什麼會出現有性繁殖，至今仍然還是一個謎。

不過，經科學研究發現，早在5億多年前的寒武紀時期，生活在海底的三葉蟲已經開始有性繁殖。

圖1 三葉蟲化石

至今，仍有很多生物既保留了無性繁殖的傳統，又進化出有性繁殖的功能。譬如，酵母菌就是一種既可有性繁殖又可無性繁殖的單細胞生物。

衆所周知，酵母菌是與人類日常生活息息相關的一種微生物。由于在有氧和無氧的環境下都能生存，通常被人們用作釀酒、蒸饅頭、制作面包的發酵劑。

科學家曾對酵母菌做過研究，作為一種單細胞真菌生物，酵母菌既可無性繁殖也可有性繁殖。

在營養物質比較豐富的環境下，酵母菌通常會采取無性繁殖，通過芽殖、裂殖或無性孢子繁殖等方式繁殖後代。

在營養物質匮乏的環境中，酵母菌通常會選擇有性繁殖，通過兩個具有性差異的細胞相互結合，從而繁殖出新的酵母菌細胞。

圖2 酵母菌絲示意圖

在生存環境惡劣的條件下，有性繁殖的酵母菌通常比無性繁殖的酵母菌耐受力更強，生長得更快。

因此，有人推測有性繁殖可能是因環境變化，生物為适應不同惡劣環境而進化的繁殖方式。或者說，有性繁殖是生物進化過程為适應生存環境加快基因變異的一種自然選擇。

事實上，有性繁殖未必需要性器官的直接接觸。在适宜的條件下，性别不同的動物通過分别釋放精子和卵子，在體外自然狀态下精子與卵子結合，從而達到交換基因物質的目的。近現代生命科學開展的體外授精技術，就是基于這個原理。

自然界很多生物的基因物質交換都是通過一定的媒介。譬如很多植物的花粉受精都是依賴于蜜蜂、蝴蝶或風的傳播，以此達到基因交換的目的。動物也有類似的情況，珊瑚蟲就是以海水作為媒介進行有性繁殖。

圖3 花粉受精的媒介

在澳大利亞東北海岸，有一片綿延2000多公裡的海岸線。這裡，即是以景色優美、擁有世界上規模最大珊瑚礁群而聞名遐迩的大堡礁。

毫無疑問，這裡最吸引人的景象，就是五顔六色、千姿百态的珊瑚礁。特别是在每年的春天，假若你的運氣好或計算的時間精準，在某個甯靜的夜晚還可能看到一個壯麗奇觀。那就是，珊瑚蟲繁殖的精彩表演。

或許是因月球引潮力的影響，在一個特定的時間内，珊瑚蟲會同時釋放出數以百萬計五顔六色的精子和卵子，使海水如同夢幻般呈現出壯麗的景象。

這些精子和卵子結合，便會産生珊瑚幼蟲。随着海水的波動，這些珊瑚幼蟲有可能漂流到另一片空地，經過漫長的一段時間在那裡又建起一個新的珊瑚礁群。

圖4 淺海珊瑚礁

由此我們不難發現，盡管珊瑚蟲繼承了某些遠古動物的生活習性，固定在海床上依賴從海水中過濾食物而生存。

但是，由于具有了有性繁殖的能力，珊瑚依然得以生存和繁衍。

同時，珊瑚繁殖時的壯麗奇觀也為我們提供了很好的啟示，即原始動物有性繁殖或許有很多不同的方式。這些不同的基因交換方式，加快了自然選擇的進程，導緻了生物進化的多樣性。

因而，在寒武紀晚期幾百萬年的時間内，出現了生物進化的爆發期。

當然，有性繁殖也有其局限性，必須有不同性别的同類幫助才能實現繁殖，也就是說必須具備雌雄遺傳代碼交換的條件。

無性繁殖則不需要依賴其它個體的幫助，自身通過細胞複制即可進行繁殖。如海綿、海葵以及扁形蟲等等等動物，一直沿襲了遠古時期的無性繁殖方式。

圖5 深海海葵

從這個角度理解，有性繁殖是一個遠比無性繁殖複雜的程序，而且遺傳基因代碼的複制效率隻有無性繁殖的一半。

但是，正因這種複雜程序的變化，才導緻了基因變異幾率的大幅度提升。

在寒武紀晚期幾百萬年的時間内，各種多細胞動物、多孔動物、軟體腔腸動物和環節腔腸動物等陸續出現。

某些軟體動物和環節動物為了提升移動的速度和移動過程的安全性，陸續進化出棘皮動物、節肢動物和脊索動物等。

圖6 寒武紀時期食肉動物

為了提高覓食和排洩的效率，一些原始動物對身體機能做了分工，逐步進化出頭部和尾部。頭部的感覺器官負責掠食或指揮行動，尾部負責排洩廢物或配合行動。

在激烈的生存競争中，有一支動物逐步進化出上下颌、鰓和鱗片，成為了魚類的祖先，也為地球生物從海洋走向陸地奠定了基礎。

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