什么是“红皇后竞赛”？
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解决时间 2021-03-20 04:36
- 提问者网友：戎马万世
- 2021-03-19 12:53
什么是“红皇后竞赛”？
最佳答案
- 五星知识达人网友：平生事
- 2021-03-19 13:34
因为一堆新西兰的螺蛳，“红色皇后”理论又成了演化论学者热议的话题。这个“皇后”说话很简洁，但却是解决生物世界最大谜团的一把钥匙，这个谜团就是：“性”有什么用？
1 生物也有军备竞赛
“红色皇后”（red queen）的中文译名有好多种，比如“红色皇后”理论、“红色皇后”假说、“红色皇后”竞赛或者“红色皇后”效应。这个词取自英国数学家、作家刘易斯·卡洛尔（Lewis Carroll）的儿童文学名著《爱丽丝镜中奇遇记》。注意，不要把这“红色皇后”和卡洛尔的另一名作《爱丽丝漫游奇境记》中的“红桃皇后”搞混了。红色皇后是国际象棋里的一个棋子，而红桃皇后说的则是扑克牌。在《爱丽丝镜中奇遇记》中，爱丽丝和红色皇后在高山低谷中奔跑，可是却总是停在原地，听上去很像“跑步机”。跑步机最早出现于1817年，最初是用来整治监狱里的服刑者的。1894年这种机器被开始用于体育锻炼。不知道卡洛尔是否受到它的启发。在书中，红色皇后说：“你能跑多快就跑多快，这样你才能停在原地。”
而作为演化生物学的一个重要理论，“红色皇后”理论可以如下表述：“对于一种生物来说，它的演化速度一定要和共同演化的系统保持一致。”
这个假说开始用来解释竞争物种之间的“军备竞赛”。1973年，冷战正打得热火朝天的，“军备竞赛”这个词被美国芝加哥大学的演化生物学家范·瓦伦引入了演化生物学。范·瓦伦也是“红色皇后”假说的提出者，他认为这可以解释他观察到的生物灭绝现象。范·瓦伦通过研究，发现一个家族的有机体的生存能力并不会随着时间而增强，相反，各个家族的有机体灭绝的可能性是随机的。比如说，因为一种生物的适应性的改善会导致这种生物数量的增加，那么对生活在同一环境中的其他生物就会造成很大的压力，如果要生存下来，其他生物也必须进行相应的演化，这样几种生物就较着劲，结果可能越走越远，实际上每种生物的生存能力都并没有增加。
最明显的例子是捕食者和被捕食者之间的“军备竞赛”。比如猎豹必须抓到瞪羚，否则就会饿死。经过一代又一代的激烈竞争，跑得慢的猎豹饿死了，活下来的都是短跑界的精锐。然而这些最善跑的猎豹捕到的瞪羚却不比祖先多。这是因为猎豹遭受考验的同时，瞪羚也在面临着同样的考验，只有跑得最快的瞪羚才能生存。虽然瞪羚的速度也有很大进步，但能在猎豹爪下生存的瞪羚也没有增加，个中道理跟猎豹面临的情况一样。猎豹和瞪羚都被拴在“红色皇后”的跑步机上。双方不断演化，越跑越快，但它们得到的东西，并没有跑得慢的祖先多。猎豹没有杀绝瞪羚，瞪羚也没有饿死全部的猎豹，虽然它们飞奔如同红色皇后，却始终留在原地。
2 “牧师”“皇后”大比拼
科学家们认为，有性生殖肯定要强于无性生殖。但在有性生殖的起源问题上，在上世纪60年代之前，生物学界普遍认可“布雷的牧师”（Vicar of Bray）理论。
传说，16世纪英国的布雷教区有个牧师，为了保有教职，不断根据当政者的宗教信仰而改变自己的信仰。他先后两次皈依天主教，两次皈依新教。后来，这个词成为英语成语，意思接近“墙头草”。该理论认为，有性生殖的生物演化速度比较快，可以更快地适应环境的变化：在无性生殖的系统中，一个家系中偶然产生了有利的突变，这个突变也不可能传到别的家系中。如果这个家系被全部灭绝了，有利的突变也就被历史抹去了；另一个原因是在有性繁殖的交配过程中，父亲和母亲的基因会进行交换，产生出全新的基因型。
开始时，这个理论被大多数演化论学者接受。但是1966年美国生物学家威廉姆斯（George Williams）出版的《适应与自然选择》几乎判了“布雷的牧师”的死刑。因为“布雷的牧师理论”的研究对象是生物群体，它不能解释有性生殖对生物个体到底有什么好处。
无性生殖的物种，所有个体均可以产生后代，而有性生殖的个体，只有大约一半个体（雌性）可以产生后代，因此（假设繁殖频率一致）无性生殖物种的后代数会是有性生殖物种的2N倍。这被称为“性的双倍代价”，1971年由英国演化生物学家史密斯（John Smith）提出。既然如此，有性生殖为什么能占胜繁殖速度是它的两倍的无性生殖呢？生物学科普作家里德利写了一本名叫《红色皇后》的书，让有性繁殖的“红色皇后”理论广为人知。
其实，“皇后”和“牧师”没什么本质区别，只是它把“环境的变化”具体成了寄生生物的威胁。生物会产生一些变异杜绝它们的寄生，而寄生物种又会产生变异重新“上身”。寄生物的生命周期往往相当短，这就产生了一个转动很快的“红色皇后跑步机”，足以让变化慢的无性生殖者被甩在后面，变化快的有性生殖者才能紧跟环境变化“留在原地”。
“红色皇后理论”和“布雷的牧师理论”并没有本质矛盾，现在在不同的场合都会被提起。在个体的尺度上“皇后”上场，而在“物种”的尺度上则要听“牧师”的。
3 博弈催生“纯爷们儿”
那么，雄性到底是怎么产生的？大家都是“两性个体”，洞房一夜之后各自去生宝宝多好，干嘛要有不直接产生后代的“纯爷们儿”呢？确实，在微观世界里，细菌就有类似于“性行为”的交换基因的行为，交换完了之后就是各自去进行分裂，没有“纯爷们儿”什么事。科学家们认为，雄性是生物的“投资策略”造成的结果。在有性生殖的过程中，交配的双方不但要各出一半的基因，还要分别拿出一些营养物质保证宝宝的健康成长。基因之中的营养物质可以忽略不计，那么剩下的营养各自出多少呢？这就好比现在有个规定，只有两人合资才能办企业，而根据客观需要，至少要投资10000元企业才能生存，那么双方各自出多少呢？各自出50%当然是最理想的，但总是有人想要偷奸耍滑，比如只出49%，如果双方都耍滑，那么企业肯定要倒闭。最后博弈的结果是，有的人一分钱也不出，反正可以找很多人“合资”；有的人出10000元，虽然只能办一个企业，但可以保证成活。雄性就是一分钱也不出的，他们产生大量的精子，里面没有任何营养物质；而雌性就是出一万元的，她们产生少量的卵子，里面包含可供子代成活的营养物质。
因为寄生虫的存在，才让多数生物变成了“好色之徒”；而因为不同的投资策略，才产生了“纯爷们儿”，正因为有了性和雄性生物，才有了虫鸣蛙啼孔雀开屏，给我们增加了不少乐趣。
1 生物也有军备竞赛
“红色皇后”（red queen）的中文译名有好多种，比如“红色皇后”理论、“红色皇后”假说、“红色皇后”竞赛或者“红色皇后”效应。这个词取自英国数学家、作家刘易斯·卡洛尔（Lewis Carroll）的儿童文学名著《爱丽丝镜中奇遇记》。注意，不要把这“红色皇后”和卡洛尔的另一名作《爱丽丝漫游奇境记》中的“红桃皇后”搞混了。红色皇后是国际象棋里的一个棋子，而红桃皇后说的则是扑克牌。在《爱丽丝镜中奇遇记》中，爱丽丝和红色皇后在高山低谷中奔跑，可是却总是停在原地，听上去很像“跑步机”。跑步机最早出现于1817年，最初是用来整治监狱里的服刑者的。1894年这种机器被开始用于体育锻炼。不知道卡洛尔是否受到它的启发。在书中，红色皇后说：“你能跑多快就跑多快，这样你才能停在原地。”
而作为演化生物学的一个重要理论，“红色皇后”理论可以如下表述：“对于一种生物来说，它的演化速度一定要和共同演化的系统保持一致。”
这个假说开始用来解释竞争物种之间的“军备竞赛”。1973年，冷战正打得热火朝天的，“军备竞赛”这个词被美国芝加哥大学的演化生物学家范·瓦伦引入了演化生物学。范·瓦伦也是“红色皇后”假说的提出者，他认为这可以解释他观察到的生物灭绝现象。范·瓦伦通过研究，发现一个家族的有机体的生存能力并不会随着时间而增强，相反，各个家族的有机体灭绝的可能性是随机的。比如说，因为一种生物的适应性的改善会导致这种生物数量的增加，那么对生活在同一环境中的其他生物就会造成很大的压力，如果要生存下来，其他生物也必须进行相应的演化，这样几种生物就较着劲，结果可能越走越远，实际上每种生物的生存能力都并没有增加。
最明显的例子是捕食者和被捕食者之间的“军备竞赛”。比如猎豹必须抓到瞪羚，否则就会饿死。经过一代又一代的激烈竞争，跑得慢的猎豹饿死了，活下来的都是短跑界的精锐。然而这些最善跑的猎豹捕到的瞪羚却不比祖先多。这是因为猎豹遭受考验的同时，瞪羚也在面临着同样的考验，只有跑得最快的瞪羚才能生存。虽然瞪羚的速度也有很大进步，但能在猎豹爪下生存的瞪羚也没有增加，个中道理跟猎豹面临的情况一样。猎豹和瞪羚都被拴在“红色皇后”的跑步机上。双方不断演化，越跑越快，但它们得到的东西，并没有跑得慢的祖先多。猎豹没有杀绝瞪羚，瞪羚也没有饿死全部的猎豹，虽然它们飞奔如同红色皇后，却始终留在原地。
2 “牧师”“皇后”大比拼
科学家们认为，有性生殖肯定要强于无性生殖。但在有性生殖的起源问题上，在上世纪60年代之前，生物学界普遍认可“布雷的牧师”（Vicar of Bray）理论。
传说，16世纪英国的布雷教区有个牧师，为了保有教职，不断根据当政者的宗教信仰而改变自己的信仰。他先后两次皈依天主教，两次皈依新教。后来，这个词成为英语成语，意思接近“墙头草”。该理论认为，有性生殖的生物演化速度比较快，可以更快地适应环境的变化：在无性生殖的系统中，一个家系中偶然产生了有利的突变，这个突变也不可能传到别的家系中。如果这个家系被全部灭绝了，有利的突变也就被历史抹去了；另一个原因是在有性繁殖的交配过程中，父亲和母亲的基因会进行交换，产生出全新的基因型。
开始时，这个理论被大多数演化论学者接受。但是1966年美国生物学家威廉姆斯（George Williams）出版的《适应与自然选择》几乎判了“布雷的牧师”的死刑。因为“布雷的牧师理论”的研究对象是生物群体，它不能解释有性生殖对生物个体到底有什么好处。
无性生殖的物种，所有个体均可以产生后代，而有性生殖的个体，只有大约一半个体（雌性）可以产生后代，因此（假设繁殖频率一致）无性生殖物种的后代数会是有性生殖物种的2N倍。这被称为“性的双倍代价”，1971年由英国演化生物学家史密斯（John Smith）提出。既然如此，有性生殖为什么能占胜繁殖速度是它的两倍的无性生殖呢？生物学科普作家里德利写了一本名叫《红色皇后》的书，让有性繁殖的“红色皇后”理论广为人知。
其实，“皇后”和“牧师”没什么本质区别，只是它把“环境的变化”具体成了寄生生物的威胁。生物会产生一些变异杜绝它们的寄生，而寄生物种又会产生变异重新“上身”。寄生物的生命周期往往相当短，这就产生了一个转动很快的“红色皇后跑步机”，足以让变化慢的无性生殖者被甩在后面，变化快的有性生殖者才能紧跟环境变化“留在原地”。
“红色皇后理论”和“布雷的牧师理论”并没有本质矛盾，现在在不同的场合都会被提起。在个体的尺度上“皇后”上场，而在“物种”的尺度上则要听“牧师”的。
3 博弈催生“纯爷们儿”
那么，雄性到底是怎么产生的？大家都是“两性个体”，洞房一夜之后各自去生宝宝多好，干嘛要有不直接产生后代的“纯爷们儿”呢？确实，在微观世界里，细菌就有类似于“性行为”的交换基因的行为，交换完了之后就是各自去进行分裂，没有“纯爷们儿”什么事。科学家们认为，雄性是生物的“投资策略”造成的结果。在有性生殖的过程中，交配的双方不但要各出一半的基因，还要分别拿出一些营养物质保证宝宝的健康成长。基因之中的营养物质可以忽略不计，那么剩下的营养各自出多少呢？这就好比现在有个规定，只有两人合资才能办企业，而根据客观需要，至少要投资10000元企业才能生存，那么双方各自出多少呢？各自出50%当然是最理想的，但总是有人想要偷奸耍滑，比如只出49%，如果双方都耍滑，那么企业肯定要倒闭。最后博弈的结果是，有的人一分钱也不出，反正可以找很多人“合资”；有的人出10000元，虽然只能办一个企业，但可以保证成活。雄性就是一分钱也不出的，他们产生大量的精子，里面没有任何营养物质；而雌性就是出一万元的，她们产生少量的卵子，里面包含可供子代成活的营养物质。
因为寄生虫的存在，才让多数生物变成了“好色之徒”；而因为不同的投资策略，才产生了“纯爷们儿”，正因为有了性和雄性生物，才有了虫鸣蛙啼孔雀开屏，给我们增加了不少乐趣。
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- 1楼网友：封刀令
- 2021-03-19 14:43
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