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生命延续的形式与分工

  2010-03-20
作者:redqueen |
作者:redqueen | 来自:科学松鼠会

三、蜜蜂

温斯顿,难道你不明白,个人只是一个细胞?
——乔治奥威尔《1984》

1:血浓于水
生物学上对“利他(altruism)”的定义,跟常识略有不同。生物学里的“利他”不是指一个人(或牛羚,或旅鼠,或母鸡)做对别人好的事,而是一个人主动牺牲自己,帮助别人,牛羚出恭对青草有利,但出恭对牛羚本身也有好处,不能算是利他。

关键在于,利他的行为对自己不利。如果一只牛羚喜欢做对自己不利的事,比如用脑袋撞大树,或者在狮子面前一边跳舞一边大喊“吃我嘛”,它的未来大概不会很光明。

我们看不到在狮子面前跳霹雳的动物,然而利他的动物比比皆是。

麝牛(学名Ovibos moschatus,英文名Musk Ox)长相很像牦牛,其实它跟绵羊血缘关系更近,这种动物生活在北极圈附近,拥有所有哺乳动物中最长、最保暖的毛衣,遇到狼群,麝牛爸爸和妈妈会肩并肩围成一圈,扬角奋蹄向狼进攻,把他们的孩子牢牢保护住。水牛也有类似的本事,而且早就被我们所知,《抱朴子》有云“水牛结阵以却虎豹之暴”。

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可怜天下父母心。父母之爱是最崇高,最纯洁的,是明显的舍己为人,但是它真是100%纯洁的吗?
县人事局王局长,今天是您58岁生日,您在县工行工作的大女儿、县法院工作的二女儿、在税务局工作的小儿子……共同为您点播一首《好大一棵树》,请欣赏。

但就是这种不纯洁,使得母爱可以解释……

我们已经知道,羚羊无法为大局着想,是因为庞大而笨拙的高尚群体,会被小而灵活的自私个人所战胜。然而身为个人,我们也不要太得意,因为还存在着比我们更小,更灵活的东西。

基因是生物体的配方,然而生物,即使是最简单的细菌,也是一部错综复杂的庞大机器,基因只是一些名为DNA的化学物质,上面记录着制造生命的信息。比起任何生物,即使是最简单的细菌,DNA的复制速度都快得多,而且体型也小得多。

人体的每个细胞都含有约5万个基因(其实是两套内容完整,细节略有不同的造人配方,叫做两“组”基因),就像一大群动物——5万头旅鼠或斑马——这些 DNA物质戮力同心,保证人体的正常运转,只有细胞分裂时才复制自己。如果有一个基因自私自利,随心所欲地复制自己,它就会像不肯绝育的自私旅鼠一样子嗣兴盛。

太科幻了。化学物质懂得自私自利?然而事实比科幻小说更奇妙。不懂事的基因比比皆是。它们不住在细胞里,而是四处漂流,袭击活细胞,强迫细胞里的基因复制机制造大量它们的复制品,它们通常裹着蛋白质的外衣,有的长得像水雷,有的像月球登陆舱——我们把这些流浪基因叫做“病毒”。

有些基因能够复制一份自己,然后把复制品硬塞到基因堆里去,这样就有了双份基因,双份再继续复制+粘贴,变成更多。这种小怪物有一个又长又拗口的名字,叫做反转录转座子(retrotransposon),你可以把它想象成“造人配方”程序里自带的病毒,或者那种“在15天内转发给7个朋友否则惨遭暴死” 的垃圾邮件。

就像卑鄙的旅鼠,高尚的基因会灭绝,只知复制自己的基因会兴旺,后面我们会看到,我们的基因貌合神离,其实是许多细小的逐利之徒。

准备好,下面我们就要从小东西的角度来看世界了。

麝牛(旅鼠和人类也一样)的精子和卵子都只包含全部基因的一半,这样精子和卵子结合,生出的小孩跟父母基因数量相同。假设你是母麝牛体内的一个基因,她把 50%的基因拿出来,和老公一起造一个孩子。如果你能让母麝牛出击保护孩子,对你是有好处的,小麝牛有50%的可能,也带有保护子女的基因——你自己的复制品。

复制自己不一定要用病毒的卑劣手段,高尚的母爱也可以。自私的基因不一定要只爱自身,母亲和孩子共享50%的基因,母亲爱孩子等于爱一半的自己。但要注意赌注不能押太大,毕竟你才是100%的自己。

这也许可以解释为什么牛羚在狮子面前不会结阵。会结阵的动物大都是孔武有力,能与捕食者抗衡的,如麝牛,水牛和非洲的大角斑羚(学名 Taurotragus oryx,英文名Common eland)。[顺便说一句,大角斑羚与生活在山地,身材小巧的斑羚(学名Naemorhedus goral,英文名Himalayan Goral)没有什么关系,前者是世界上最大的羚羊,体重超过半吨,和公牛一样壮硕]。如果牛羚为了自己的小孩挑战狮子…(血腥场面请自动屏蔽)…即使小孩因此得救,也是不值得的,毕竟,你只有50%的可能赢得大奖。

2:荔枝蜜
“血缘”的深层含义,就是相同的基因。血缘越近,共享基因也越多,帮助亲戚也就越值,这在生物学上称为亲选择(kin selection)。

母爱只是亲选择的一个例子。自然界亲属合作的例子比比皆是:以精诚合作而著称的狼群,一般是由父母儿女,或者兄弟姐妹组成的。雌狮姐妹经常合作捕食,雄狮兄弟则并肩保卫疆土。野火鸡兄弟结成同盟,一起为争夺雌火鸡而战,兄弟同盟也会爆发内战,最强的雄火鸡把全部佳丽纳为后宫。

很有趣的是,围绕此位兄台的小弟们,都对老大的霸道安排表示满意,就像抢不到最佳吃奶位置的小猪一样。面对比自己剽悍的亲兄弟忍气吞声,这不仅是亲选择,还是一种长治久安的ESS策略(复习上一章,Please)。
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我没有给火鸡做过心理咨询,不过我可以打赌,小弟们现在心甘情愿当和尚,其实内心都想做老大。在自然界,丁克一族都是怪物,因为复制自己是基因最热衷的事。这世界上充满了对繁殖极度饥渴的疯狂生物:红背蜘蛛(学名Latrodectus hasselti,英文名Redback spider)先生会把自己送到太太嘴里,趁她津津有味吸吮他的体液时,注入更多的精液。桂竹(学名Phyllostachys bambusoides)一生只有一次繁殖的机会,它能活到120岁,长到18米高,然后开花,结子,死去。肌肉猛男能吸引佳人入怀,然而,我遗憾地说,雄激素能削弱免疫力。

然而有些怪物心甘情愿地自宫(是的,就是字面上的意思)。而且数目众多。根据保守估计,世界上的蚂蚁总数达1000000000000000只(15个零,别数了!),白蚁每年排出的二氧化碳量,跟人类燃烧石油和煤炭的总排放量相当,115种最重要的农作物中,有87种要依靠蜜蜂授粉。这些昆虫是世界的真正主人,但真正古怪的是它们的家庭结构。

社会化昆虫(social insect)包括蚂蚁、蜜蜂、黄蜂和白蚁。这个词有点陌生,但它们的特征你一定会感到熟悉:丰腴多产的女王一枚(有些蚂蚁有多只),终日忙碌的昆虫劳模(科学的叫法应该是职虫)一群,劳动者没有生育能力,专责照料女王产下的卵。

这些生物是羚羊的最大反面。他们勤劳(沙漠里的蚂蚁可以在40度高温下跑出500米,然后带着比自己重20倍的食物返回)、友善(黄蜂用昆虫肉喂小宝宝,而小宝宝分泌甜味的液体回报之)、勇敢(虽然自己蛰了人就会死,非洲蜜蜂会追逐来犯之敌一整天之久)、牺牲(可怕的火蚁入侵时,大头蚁的兵蚁会舍身迎上,用自己的血肉为工蚁和女王赢得逃跑时间),一直被人类誉为集体主义的典范。

养蜂员老梁小心地揭开一个木头蜂箱,箱里隔着一排板,每块板上满是蜜蜂,蠕蠕地爬着。蜂王是黑褐色的,身体特别细长,每只蜜蜂都愿意用采来的花精供养它。

老梁赞叹地说:”你瞧这群小东西,多听话。”
我问他:”像这样一窝蜂,一年能收多少蜜?”
老梁说:”能收几十公斤。蜜蜂最爱劳动。广东天气好,花又多,蜜蜂一年四季都不闲着。它酿的蜜多,自己吃得可有限。每回收蜜,给它们留一点点糖就行了。它们从来不争,也从来不计较什么,还是继续劳动。”
——杨朔《荔枝蜜》

最精妙的还是社会昆虫的分工机制。切叶蚁共有41种,分属于切叶蚁属(学名Atta)和尖蚁属(学名Acromyrmex),它们采集树叶,用树叶做肥料培育蘑菇为食。一个大蚁窠能容纳800万蚁口,每天消耗的树叶相当于一头牛的食量。这800万只蚂蚁里有细小的工蚁,负责把树叶嚼碎,做成蘑菇生长的温床,大一点的工蚁负责驱逐寄生虫,更大的工蚁外出采集新鲜树叶,庞大的兵蚁体重相当于最小工蚁的200倍,利颚能咬穿人的皮肤。蚁窠的核心是体积相当于一只幼鼠的女王,每天产下数千粒卵。

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整个蚁窠合作无间,如同一只巨大的动物,兵蚁是免疫系统,工蚁是肌肉,女王是卵巢,蚂蚁们相互哺喂的流食是在庞大身体里流转的血液。这是一个超级生物体(英文superorganism),个人不过是一个细胞而已。

蜜蜂和蚂蚁表现得越高尚,生物学家越困惑。自打维多利亚时代起,社会性昆虫就是一个谜题,直到默默无闻的年轻学者汉密尔顿(William Donald Hamilton)找到答案。

1965年,哈佛大学研究蚂蚁的大牛威尔逊(Edward Osborne Wilson)坐长途火车无聊时翻开汉密尔顿的论文,看了一遍,大为冒火,这孩子的理论太简单,根本不可能是这个大谜题的谜底。为了挑汉密尔顿的刺,威尔逊像审范进的文章一样,把论文翻来覆去看了N遍,越看越觉得无可挑剔,火车到站时,威尔逊已经皈依在这孩子门下。

社会性昆虫大多属膜翅目(学名Hymenoptera,包括所有的蜂和蚂蚁),这些昆虫决定生男还是生女的方法很古怪,父精母卵孵出来都是女生,没有受精的卵孵出来的都是男生。换句话说就是处女生儿子。

这样的结果是,男生少了父亲一方的基因,基因量只有女生的一半。

如果雄蜂或雄蚁要生一个女儿,他和女王结合时,不是把自己一半的基因放在精子里,而是拿出全部。
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下面我们来做做简单的算术。
两个人或一对麝牛生的小孩,不管是男是女,都有爸爸的一半基因,妈妈的一半基因。你从爸爸那里继承到的每一个基因,爸爸都有50%的可能性给你的兄弟姐妹,妈妈的基因也是一样。所以,你的基因来自爸爸的那一半有50%的可能相同,50%×50%=25%;妈妈的那一半也有50%的可能相同,50%×50%=25%。25%+25%=50%,你和兄弟姐妹基因有50%的可能相同。

然而。一对蜜蜂或蚂蚁所生的姐妹女儿,来自爸爸的一半基因都是相同的(雄蜂/雄蚁的全部基因),50%×100%=50%,而来自妈妈的一半基因有50%的可能相同,50%×50%=25%。所以蜜蜂姐妹共有基因的概率是50%+25%=75%。

而蜜蜂姐弟或兄妹之间,只有来自妈妈的一半基因有50%的可能相同,50%×50%=25%。男孩是没有父亲的,没有爸爸的基因。姐弟之间共享基因的可能性,只有25%。

至于一只蜂女王的孩子,不论是儿子还是女儿,都继承有自己的一半基因,也就是跟我们的孩子一样,相同的基因是50%。
同窠的工蜂或工蚁都是雌的。她们是超级近亲——比我们的姐妹或母女都要近。如果有选择,工蜂宁可要个妹妹(75%的基因),也不要自己的女儿(50%),她们甘当石女来伺候女王,把女王当成了生产妹妹的机器。这就是她们团结得像一个人的原因,这帮妹控。

兄妹共享的基因只抵得上姐妹的1/3,她们对弟弟就不那么欢迎了。蜜蜂和蚂蚁的家族发展壮大之后(相当于超级生物的青春期),女王除了不育的工蜂/工蚁,还会定期产生可以生育的王子和公主,让他们相互配合(肥水不流外人田),然后去建立新的家族(相当于超级生物的生儿育女)。工蚁对公主们优待有加,导致她们增肥到体重是王子的三倍。工蜂在王子和公主完婚之后,就毫不空气地把王子们赶出门去,雄蜂不会采花,只能饿死在外面。欧洲的造纸胡蜂(学名 polistes dominulus,英文名European Paper-wasp,用嚼碎的木头做成纸浆筑窠,故名)是真正的重口味,王子们经常被又咬又抓,然后头朝里塞进空的蜂房,只差一条皮鞭了。

3:超级生物体
唯一不属膜翅目的社会昆虫是白蚁,它和蟑螂的关系更近,白蚁频繁近亲交配,所以不论兄弟还是姐妹,基因都很相似,它们就没有妹控,雌雄都参与工作,而且对弟弟和妹妹一视同仁。

汉密尔顿的亲选择关键在于血浓于水。亲缘关系越近,群体就越精诚团结,蜜蜂已经创造了一个合作的奇迹,如果是比蜜蜂亲缘关系更近的亲戚呢?

虽然都是全身透明在海里飘来飘去的动物,管水母其实不是水母,它也不是一只动物,而是一大群细小动物的集合。跟蜜蜂不同的是,它们是一堆连体多胞胎,彼此紧密相接,像一串葡萄一样。但管水母们跟社会昆虫还是很相似的。它们也有鲜明的分工,比方这只(群)长达三米的深海管水母(学名Marrus orthocanna),坛子状的是领航员,负责喷水推动管水母前进;布满橘黄色鳞片的长管子是厨师,把已经消化的食物送给同伴分享;细长的鞭子是战士,用毒刺捕获食物,驱赶敌人;当然它们中也有专责繁殖的“女王”。

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管水母的合作比蜜蜂更亲密无间,它们之间的亲缘关系也更近,所有聚集在一起的都是由同一颗受精卵发育而来,它们的基因100%相同。管水母是很原始、简单的动物,但凭借精诚合作,它们各自扮演不同的器官,可以构造出精密复杂的集合体。类似的动物还有珊瑚,许多珊瑚虫都由一个受精卵发育而成,住在一起,身体相连,这样就不容易被海浪冲走。
管水母把我弄糊涂了。它们明明是一群怎么看怎么像一只完整的动物,也许蜜蜂窠并不像一只巨大的动物,而是动物的身体像一个巨大的蜂窠。我们包含60万亿细胞的身体,也是由同一颗受精卵发育而来,细胞彼此拥有相同的基因。

你可以把每个细胞想象成一个独立的生物,如同一只蚂蚁或一个管水母的“坛子”,这并不奇怪,许多生物如细菌和变形虫,都是只有一个细胞。像蚂蚁一样,它们也有鲜明的分工,职位不同的工人长相也是千奇百怪,淋巴细胞像变形虫,肌肉细胞又瘦又长,红血球像汽车轮胎,脑细胞呈电线状,脂肪细胞被油脂撑满,像个气球,人体总共有200多种细胞,分工之专业、细腻,足以让切叶蚁自惭形秽。

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活过一定岁数的细菌不会老,它会分裂,然后再分裂,万世不竭。除非遭遇不测,否则细菌其实是不死的。但普通的人体细胞只能分裂40-50次,然后衰老,死亡。只有两种细胞还具备细菌的永生能力。一种是生殖细胞(精子和卵子,相当于细胞里的蚁王和女王),你来自父精母卵,而父母的精卵又是来自爷爷奶奶辈的的精卵,这样可以上溯到猿人的时代(甚至细菌的时代)。另外一类是癌细胞,癌细胞可以无休止地分裂下去,把营养和氧气消耗光,压迫周围的器官,最后整个人体像自私的羚羊群一样崩溃完蛋。

大概没有比自杀更彻底的牺牲了(放弃繁殖除外),蜜蜂蛰人后自己也会死,有些蚂蚁和白蚁会把自己的身体挤破,将体内的毒液喷到敌人身上。如果一个“自爆” 的蚂蚁基因,能拯救一大群有75%可能性拥有相同基因的姐妹,这样做就是值得的。人体细胞也有自杀程序,就像背在每个细胞肩上的炸药包。一个叫P53的基因,可以说是基因中最不自私的,如果细胞开始癌变,它就会拉响细胞自杀的引线,和叛乱分子同归于尽。许多癌症的成因都是这个基因出了问题。P53因而得到了“基因组守护天使”的绰号。

超级生物的利他精神,是严格建立在血缘基础上的。它们的规则是对内(姐妹)和谐,对外(素不相识的同类)侵略。食物不足时,一窝蜜蜂经常去抢另一窝的蜂蜜,称为“盗蜂”。蚂蚁是世界上最好战的动物,威尔逊有云“给蚂蚁核武器,它们会在一星期内毁灭世界。”人体的免疫系统也跟兵蚁一样好战,随时准备与病原体或毒素斗争到底。兵蚁识别异己靠气味,跟自己味道不一样的蚂蚁统统格杀。免疫系统则靠几个基因,它们有一个长得要死的中文名字,主要组织相容性复合体(英文major histocompatibility complex),简称MHC。如果免疫系统发现跟自己MHC不一样的人体细胞,比如一个移植进来的肾,就会像兵蚁一样将其消灭。病人必须移植跟自己 MHC相同,能让免疫系统认为是同类的脏器,否则就会触发著名的排异反应。问题是MHC基因几乎人人都不同,要找到可以移植的脏器非常难,许多病人就在等待一颗心脏或一个肾的漫长过程中死去了。

如果把整个蜂窝看作一只动物,你就会惊诧于它的穷凶极恶。说到这里,我们都应该回头去看看羚羊。如果高尚的牛羚团体,真能战胜一盘散沙的牛羚团体,事情会更好吗?自然界适者生存的规则不变,竞争的对手从一个对一个转为一群对一群(蜜蜂就是如此),不过是把个人倾轧变成党同伐异,小流氓变成希特勒,你死我活变成种族灭绝而已。

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