为什么有两个性别?

无性繁殖可以产生两倍于有性繁殖的后代,而不需要寻找和追求伴侣的麻烦。那么为什么最复杂的动物有两性?那为什么不是三个?

 

性是生物学中最大的奥秘之一。为什么大多数的大型复杂的物都有两性?无性繁殖的生殖效率是有性生殖的两倍,而且没有找到寻找伴侣的麻烦。如果两性真的有必要的主要好处,那为什么三性岂不是更好呢?艾萨克·阿西莫夫(Isaac Asimov)在他1972年获得的星云大奖获奖小说《上帝自己》中探索了这个复杂的情景。

已提出许多的生物学假说来解释这个谜。在这一列中,我们将从不同的角度来看待这个模型:有没有什么有趣的数学原理,让我们可以解决这个问题,不管生物细节?答案是:当然有!

我们的第一个问题是一个有趣的数学问题,可能会出现在三个性别的情况下。7月4日在美国西南部发现了一种新的变色龙种,也第一个发现有三种性别的物种,这种物种已被命名为美国爱沙尼亚

已提出许多生物学假说来解释这个谜。在这一列中,我们将从不同的角度来看待系统:有没有什么有趣的数学原理,我们可以带来这些问题,不管生物的细节?当然有!

我们的第一个问题是一个有趣的数学难题,可能会出现在三个性别的情况下。7月4日在美国西南部发现了一种新的变色龙种,第一个发现有三种性别的物种。由于我们在下面指定的原因,这种物种已被恰当地命名为美国爱沙尼亚。

问题1

这个美国华裔爱国者的成年人色彩充满红色,白色或蓝色,这在特定时间定义了他们的性别。然而,作为变色龙,他们可以而且改变颜色,因此改变他们的性别。具体来说,当两个不同颜色的人面对面相遇时,经常出现的情况会变成第三种颜色,如上图所示。变色龙保留这种新颜色,直到下一次遇到与不同颜色的个人。实际上,颜色变化就像是脸红 - 这个信号表示“不是现在”。在两种不同颜色的变色龙熟悉的情况下,可能会有数百次这样的脸红相遇。我们关心的是,对于一个动物饲养者来说,这种行为可能导致繁殖前的单色化问题甚至可以开始。如果这些变色相遇使您的变色龙变为相同的颜色,那么您的运气不错 - 相同颜色的人不能互相重现。在一组特定的变色龙中是否发生单色化是至关重要的依赖于您开始使用的每种颜色的个人数量。一些数字几乎总是导致集团的单色化迟早,而其他人从来没有这样做。如果您从以下A,B和C中指定的变色龙数量开始,您是否可以预测是否可能发生单色,如果是,怎么样?如果这些变色相遇使您的变色龙变为相同的颜色,那么您的运气不错 - 相同颜色的人不能互相重现。在一组特定的变色龙中是否发生单色化是至关重要的依赖于您开始使用的每种颜色的个人数量。一些数字几乎总是导致集团的单色化迟早,而其他人从来没有这样做。如果您从以下A,B和C中指定的变色龙数量开始,您是否可以预测是否可能发生单色,如果是,怎么样?如果这些变色会导致所有变色龙变成相同的颜色,那么你的运气不错 - 相同颜色的人不能互相重现。在一组特定的变色龙中是否发生单色化是至关重要的依赖于您开始使用的每种颜色的个人数量。一些数字几乎总是导致集团的单色化迟早,而其他人从来没有这样做。如果您从以下A,B和C中指定的变色龙数量开始,您是否可以预测是否可能发生单色,如果是,怎么样?一些数字几乎总是导致集团的单色化迟早,而其他人从来没有这样做。如果您从以下A,B和C中指定的变色龙数量开始,您是否可以预测是否可能发生单色,如果是,怎么样?一些数字几乎总是导致集团的单色化迟早,而其他人从来没有这样做。如果您从以下A,B和C中指定的变色龙数量开始,您是否可以预测是否可能发生单色,如果是,怎么样?

A)8红,5白,14蓝;
B)9红色,10白色和16蓝色
最后,当然:
C)7红色,6白色和50蓝色

基于上述,你能否找出一个一般的规则,你们应该从这三种颜色中选出多少个人,以便这个组织能够抵抗单色化?

如你所怀疑的那样,美国华裔爱国主义者是虚构的,是提出一种数学原则的设计 - 如果有三种不同种类的个人,就像奇偶校正一样可以发挥作用。然而,我确实有一个不同的,深刻的数学洞察力,揭示了为什么有两个性别的动物比没有性别的动物更成功。要理解它,我们需要对一些算术进行一些研究。考虑以下简单的问题,它有一个“aha!”诱导解决方案,我希望你自己发现。如果你立刻没有得到洞察力,我提供了一些帮助你到达那里的提示。在提示下面,我会给你正确的答案,因为它阐明了我的数学论证,两个性别应该存在。

问题2

想象一下,世界上所有的人(超过七十亿人)站在一起。现在,他们的手上都放着所有的手指。对于排队的第一个人,你将在左手上的五个手指乘以五号在右边获得25.然后,您将再次将这个数字乘以您下一个人左手的五个手指,然后再乘以五个他的右手等等。所有乘法完成后,以下哪项将近似于最终产品?

A)5到70亿
B)10到70亿
C)5到140亿
D)完全是其他的东西

提示: 这个问题不是测试你的算术:这是一个棘手的问题!

提示: 有些人可能会缺少手指。

提示: 有些人可能会错过很多手指!

答案: 正确的选择是D,问题的答案是零。只要有一个人一方面已经失去了一切手指,就像世界上绝对有一样,这个产品将会变成零。

这个问题说明了我所说的“串行乘法的致命问题” - 串行产品由于没有任何单一乘法而消失的事实。这是一种疾病,只是加法不会受苦。这与两性的问题有关吗?那么,正如我们在五月的见解栏中看到的那样,达尔文进化论解释拉马克主义?许多代的进化适应性计算本质上是串行乘法。无性和性别之间有一个关键的区别。正如我在“五一”专栏的评论中提到的,考虑到令人着迷的统计数据,欧洲人口的30%至60%被14世纪的瘟疫(黑人死亡)摧毁。如果我们是无性生物,他们在遗传上非常相似或相同,那么这个数字是多少?90%?99%?灭绝?每个人拥有的不同的遗传构成,由于有性生殖,使我们每个人对寄生虫的反应有所不同:我们中的一些人屈服于其他人,其他人可能感染严重,但仍然存活,其他人也可能因轻度感染而逃脱。对于无性生物,每个人都以相同的方式作出反应。对于寄生虫来说,这相当于使用相同种类的锁的镇上的所有房屋。找到钥匙,你打中奖:你可以从字面上杀人!使我们每个人对寄生虫有不同的反应:我们中的一些人屈服于其他人,但其他人可能会感染严重感染,但仍然存活,其他人也可能因轻度感染而逃脱。对于无性生物,每个人都以相同的方式作出反应。对于寄生虫来说,这相当于使用相同种类的锁的镇上的所有房屋。找到钥匙,你打中奖:你可以从字面上杀人!使我们每个人对寄生虫有不同的反应:我们中的一些人屈服于其他人,但其他人可能会感染严重感染,但仍然存活,其他人也可能因轻度感染而逃脱。对于无性生物,每个人都以相同的方式作出反应。对于寄生虫来说,这相当于使用相同种类的锁的镇上的所有房屋。找到钥匙,你打中奖:你可以从字面上杀人!

我们可以简单地将动物的健身f定义为其产生的成年后代的数量。基本上,下一代物种的人口就是起始人口乘以fn代后的长期人口只是一代一代的连续乘法,根据条件,平均f从一代到另一代变化。虽然这是事实,无性生物往往具有较高的˚F大部分时间与性的动物相比,会有一些罕见的灾难时数˚F落在这两个物种,但真正掉价了对他们来说可能接近或无性生物达到零。

蜥蜴是特别好的例子,因为它们是最复杂的具有稀有无性物种的土地动物,例如美国西南部,墨西哥和南美洲的whiptail蜥蜴。在蜥蜴进化中,无性物种多次出现,但它们与进化树中的短命枝条一样。他们远远超过性物种灭绝。仍然生存的少数蜥蜴的无性物种是通过技巧保留了大量遗传变异的蜥蜴,例如由于其性祖先使其正常染色体数倍增。一般来说,无性物种受连续繁殖的致命缺陷的影响; 性物种不是。我们的最后一个问题是探索这个想法。

问题3

想象一下两种蜥蜴,一种是生殖性的,另一种是无性生殖的。假设他们已经达到了一些稳定的人口到其可用资源的极限,使其一代代的增长率只有略高于1.无性物种的平均人口增长率仍将较高,但这一增长率也将更可变 让我们来说,一个一代到下一代的性别种群的平均人口增长率为1.1,标准差为0.15,无性种的比例为1.2,标准偏差为0.3(取代负增长率为零)。如果你只是考虑平均增长率,那么无性物种的数量将会比一千代以上的性物种的人口高出二万倍。(正如Joerg Fricke的读者所指出的那样,这个声明对于1.01和1.02的增长率是正确的,我想使用,而不是1.1和1.2。正如Joerg所说,1.01和1.02更为现实,但是说明了预期的原则。)但是,当您考虑到较大的增长率变异性时会发生什么?哪个物种更有可能早日灭绝,平均多久?如果你想要更现实,你可以随机增加人口增长或减少高达10%的每一代人。)但是,当您考虑到较大的增长率变异性时会发生什么?哪个物种更有可能早日灭绝,平均多久?如果你想要更现实,你可以随机增加人口增长或减少高达10%的每一代人。)但是,当您考虑到较大的增长率变异性时会发生什么?哪个物种更有可能早日灭绝,平均多久?如果你想要更现实,你可以随机增加人口增长或减少高达10%的每一代人。

按照这一专栏的主题,我希望你有一个伟大的7月4日。让我们感谢我们不是一个无性的物种。

快乐迷惑!

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