知道嗎？微生物的性別多達(dá)720種！

文 錦鯉 圖flickr

一提起性別，人們首先想到的，就是人類有男女之分，動物有雌雄之別，仿佛世間肉眼可見的生物，都能被分為兩性群體。那么，常被人類忽略的，需要借助顯微鏡等工具，才能看清具體樣貌的細(xì)菌、真菌、黏菌等微生物，它們的世界，也有性別之分嗎？

早在1945年，年僅19歲的醫(yī)學(xué)院學(xué)生萊迪堡，發(fā)現(xiàn)了一個驚人的現(xiàn)象：細(xì)菌之間也會發(fā)生遺傳物質(zhì)的交換。具體來說，就是一個細(xì)菌內(nèi)的DNA，會轉(zhuǎn)移到另一個細(xì)菌中去，并與后者發(fā)生交換。萊迪堡將這種現(xiàn)象稱為“細(xì)菌的接合生殖”，這種類似性行為的過程，包括兩個細(xì)菌的連接和基因的混合。

到了1946年，列德伯格和塔圖姆在大腸桿菌K12株中，發(fā)現(xiàn)了細(xì)菌的接合作用。即以大腸桿菌為例，辨別其“性別”的方法，就是看其是否含有F質(zhì)粒。F質(zhì)粒是雄性決定因子，所以F+細(xì)胞又叫雄性細(xì)胞，與此相應(yīng)的F-細(xì)胞則叫做雌性細(xì)胞。F+細(xì)胞的表面可以形成一種叫做性須（pilus）的結(jié)構(gòu)，它促進(jìn)雄性細(xì)胞同雌性細(xì)胞進(jìn)行配對。在合適的條件下，將雄性細(xì)胞和雌性細(xì)胞混合培養(yǎng)，就能形成雌-雄細(xì)胞。

通常情況下，有性生殖都離不開雌雄細(xì)胞的結(jié)合。所以，細(xì)菌接合生殖的發(fā)現(xiàn)，可以說是最原始的性別分化，意義非同尋常。因為對于進(jìn)行無性生殖的生物來說，由于基因組缺少變異，所以難以應(yīng)付環(huán)境的變化。但只要基因能夠在個體之間進(jìn)行交換，增加遺傳組成的多樣性，就能給生物帶來更多的生存可能性——這正是性別出現(xiàn)的意義。

在神奇的微生物世界，黏菌作為性別多樣化中的佼佼者，打破了人類對性別的常規(guī)分類，展示了微生物獨特的生存魅力。多頭絨泡菌作為黏菌的代表，性別有720種之多，種類繁多到令人無法想象。

多頭絨泡菌常生活在腐爛的樹葉、木頭等陰涼潮濕的環(huán)境中。它們熱愛集體行動，經(jīng)常聚集成一個肉眼可見的巨大黃色網(wǎng)狀物，甚至還可以在物體的表面上爬行。

多頭絨泡菌的交配方式極為奇特。它們首先會向空氣中釋放出孢子，讓孢子隨風(fēng)飄走。孢子如果最終落到潮濕的環(huán)境里，會變成變形蟲細(xì)胞；如果落到水里，會萌發(fā)成鞭毛細(xì)胞。這些單倍體細(xì)胞就像人類的精子和卵子，可以融合，產(chǎn)生類似有性生殖的行為，即產(chǎn)生二倍體細(xì)胞核。但是，決定它們是否能融合的，是它們的性別。

多頭絨泡菌孢子的性別由線粒體DNA上的3個基因——matA、matB、matC決定，它們有不同的版本（等位基因）。matA有16個版本，matB有15個，matC有3個。因此，3個基因互相組合，多頭絨泡菌共有720（16＊15＊3）種性別！當(dāng)這3個基因都不同時，兩個多頭絨泡菌的孢子發(fā)育成的細(xì)胞就會融合。相當(dāng)于1種性別能和另外420種性別進(jìn)行配對。而有意思的是，有些性別個體可能會發(fā)生“起義”，即基因突變，那么最后的結(jié)果就是配對失敗，無法完成繁殖。

多頭絨泡菌繁多的性別已經(jīng)超越人們的想象，更神奇的是，它們沒有嘴和眼睛，卻能找到食物；沒有大腦，“學(xué)習(xí)”走出迷宮卻毫不費勁；即使把它切成兩半，它們短時間之內(nèi)還能“自愈”。

日本北海道大學(xué)的淳泰羅曾做過一個著名的燕麥片實驗。他先將燕麥片放在一個潮濕表面的不同點位上，模擬東京周圍的各個城市；然后讓多頭絨泡菌從中心向外生長，一段時間后，人們能看到該黏菌進(jìn)行自我組織、向外擴(kuò)散并形成一種網(wǎng)絡(luò)，這種網(wǎng)絡(luò)不管是功效、可靠性，還是成本，都堪比真實世界的東京鐵路網(wǎng)！這一實驗反映了多頭絨泡菌擁有強(qiáng)大的計算和移動能力，能夠形成復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。無數(shù)科學(xué)家寄希望于能更進(jìn)一步揭開它神秘的面紗，將它生存的智慧開發(fā)應(yīng)用于現(xiàn)實世界中，造福人類社會。

左右兩頁圖皆為多頭絨泡菌，它性別繁多，在鏡頭下呈現(xiàn)出不同姿態(tài)。

大自然里，性別并非只有“雌雄”之分，生物多樣化的性別意味著生存方式的多樣性和繁衍的可持續(xù)性。隨著自然密碼的不斷破解，人們在看待事物的時候更具開放的觀念與發(fā)散性思維。如若以生物為師，未來將會有更多造福人類的科技產(chǎn)生。