为什么有的植物是雌雄同体,它还需要开花?
拥有单性或两性二型的植物非常像动物的经历。不是雌雄同体的动物必须找到配偶才能繁殖,而这些植物必须找到授粉者。动物和植物都面临着无法繁殖的风险,但当它们繁殖的时候,它们就会有杂交后代。
雌雄异株存在于裸子植物和被子植物中。植物是有性生殖的,需要杂交受精才能产生很大的遗传变异。自花受精植物在下一代中变异有限。因此,在同一朵花中生长的两性植物必须有精巧的方法来限制或阻止自交受精,而不阻碍杂交受精。这是一种在雌花和雄花之间的取舍,或者对自我繁殖有阻碍。另一个因素也起到了一定的作用:双晶花的大小和摆放方式可能有所不同。当植物是一个性别时,植物可以有许多小的雄花来产生更多的花粉或一些大的雌花。此外,花/球果可以生长以优化种子的散布。在雌雄异株的植物中,只有1/2的植物会释放种子,因此它们可以通过产生更多的种子或与种子散布者有强烈的共生关系来补偿。雌雄异株植物通常有大的肉质果实,如冬青果、杜松子或红豆杉假种皮。这种水果种植起来很贵,因为有很多花粉。在雌雄异株的分类群中,雌性植物承担着果实的生长成本,而雄性植物承担着花粉的成本。
雌雄同体的植物,有的是开花的,有的不是开花的。只有某些植物有独立的雌雄植物。大多数树木都是雌雄同株,或“雌雄同株”,而另一些则是雌雄同株,这意味着雄性和雌性的生殖部分在不同的植物上。雄性树的一个例子是“蓝王子”冬青树。这棵树不会开花,但会给附近的任何雌性冬青树授粉,使它们开花。因此雄树不会开花。
为什么植物可以雌雄同体,不需要基因交换吗?
植物的的雌雄同体应该是植物生存进化的结果。
从进化的角度来看,一般来讲,异体交配胜过同体交配。而且一般来说,动物偏向于雌雄异体,而植物偏向于同体。这主要是由于两者的生活行为导致的。动物一生迁徙,遇到异性的几率很大,异性交配的几率很大,也很方便,而如果让它们雌雄同体,多出来的另一个性别的生殖器就会是生物的负担,因为生殖器的发育需要消耗大量的资源;而植物则不同,一生扎根,杂交的难度本身就比动物大,如果再来个雌雄异体,那沙漠上长的两个雄性树就只能一生悲剧了。所以雌雄同体的植物,在进化中,出现了不同性别的配子,使得其可以完成异株交配,又保留了雌雄同体,保证了异株交配不会因为合子的性别而受影响,可以说是一个非常高明的折中办法。
雌雄同体的植物并不意味着没有雌雄配子,或者说应该是能够产生广义上的雌配子和雄配子。在雌雄同体的植物中,其配子在完全不同的环境里孕育,即雌雄蕊,而成熟的配子性状自然不同,故可以称呼它们为不同性别的配子,而雌雄蕊也就是孕育不同性别配子的部位的称呼。简单来讲,就是因为植物的基因决定,它们产生了两种完全不同的孕育配子的器官,所以在不同的生物化学环境下,孕育出来了不同性状(也就是性别)的配子。
为什么有的植物是有性生殖,有的是无形生殖,这是什么造成植物选择的?
不好意思,首先生殖是用于动物和人类。植物一般用繁殖,植物的有性繁殖和无性繁殖是有两方面原因造成的:
1、植物的进化地位,也就是说,越低等的植物其无性繁殖的能力比有性繁殖的能力要强。有代表的是藻类植物和菌类植物。进化程度越高的其有性繁殖能力越强,有代表的是种子植物,如小麦、玉米、黄瓜,除非在人工组织培养的情况下,可以进行无性繁殖;
2、不同的生存环境造成的,无论是高等植物还是低等植物在环境恶化时都有可能选择不同的繁殖方式进行繁衍后代。如多肉植物在人工栽培的情况下大部分是扦插和分株的无性繁殖,而在大自然的野生环境下还是以种子繁殖为主,也就是有性繁殖。有一些适应性更强的高等植物,两种繁殖方式交替进行,莲藕和芦苇是很有代表性的。
为什么大多数生物都选择了两性的繁殖方式
大自然孕育了生物,生物在进化过程中慢慢地出现了性别。从理论上讲,一种生物可以有多种性别。事实上有种黏液霉菌就有13种“性别”。但这些多性别的物种很稀有,大多数物种都只有雌性和雄性两种性别。在澳大利亚的昆士兰州有一种蜥蜴,其种群中不曾发现过一个雄性,雌性不需要精子来受精,它们的卵在预定的时间分裂,然后便长成一只小蜥蜴,而所有以这种方式产生的蜥蜴都是雌性。性在进化上究竟有什么好处?为什么大多数生物都选择了两性的繁殖方式?
为什么性别一般只有雌性和雄性两种?早在1958年,对现代达尔文主义的创立有重大贡献的生物学家罗纳德·费舍尔在他的著作《自然选择的遗传学理论》中就明确提出了这个问题,但这个问题在此后40多年的时间内都没有得到很好的解答。
在澳大利亚墨尔本举行的第19届国际遗传学大会上温哥华英国哥伦比亚大学的进化生物学家莎莉·奥托教授发言说:“鸟类交配,蜜蜂交配,人类也交配,但是却无人知晓性别究竟是如何进化的。假如可以创造出能够自行繁殖的女性,为什么还要创造男性呢?无庸讳言,21世纪的今天,进化生物学家仍然没有走出性别进化的迷宫。”
实际上,许多生物不需要雄性和雌性,照样可以代代相传,比如细菌就是通过很简单的方式自我复制——一个变成两个,两个变成4个,依此类推。通过无性繁殖而产生的个体,都是完全相同的“复制品”。在只有两种性别且雌雄异体的生物中,一个个体要繁殖后代就必须要与同种的异性个体进行交配。性对于生物体本身并不是一件什么好事:对于雄性来说,他们要花费大量的时间和精力去寻找和讨好配偶,或为求偶而战,弄得伤痕累累乃至有生命危险;对于雌性来说,有性生殖的结果使她们的基因只能有一半传给子女,而来自雄性的另一半未必就很优秀,说不定受骗上当被一个孬种所勾引。如果她们采用单亲无性生殖,她们的基因就能百分之百地传下去。至今还有几千种生物采用无性生殖就避免了那“50%”的代价,但是在现今存在的几百万种动植物中为什么绝大多数都采用有性生殖或者是有性和无性生殖相结合?它们的雌性为什么愿意付出这“50%”的代价?性在进化上究竟有什么好处?
目前流行的观点认为,有性繁殖带来了基因重组,基因重组带来了无穷无尽的变异,而丰富的变异更有能力接受生存的挑战。这有点像参加抽奖,单性生殖只是买了一张彩票,然后把它复印了许多次,复印得再多也不能增加中奖概率,而有性生殖却是买了许多不同号码的彩票,显然很有可能中奖。
在两种性别的个体数目大致相等的情况下,某一个个体只能有一半的机会遇到异性的个体,从而在寻找异性个体的过程中往往要浪费不少时间和精力。如果一种生物有很多种性别,假设有100种,而且这种生物的个体只要找到与己不同性别的个体就可以进行交配生殖,在这种情况下对于某一个个体来说,每100个其他个体中就有约99个是异性个体,从而它可有99%的机会遇到异性的个体,这样,每一个个体都可以只用较少的时间和精力就能达到有性生殖的目的。
既然只有两种性别降低了物种延续的概率,那生物为什么大多只有两种性别呢?近年有人提出了一种比较合理的解释,认为这是基因组“争斗”的进化妥协结果。
植物有性繁殖的意义
在植物有性繁殖中,由于两性生殖细胞分别来自不同的亲本,因此他们结合产生的后代就具备了双亲的遗传特性,具有更强的生活能力和变异性,这对于生物的生存和进化具有重要意义。
生物为什么会有雌雄两性
性的起源是生物学上很大的谜团之一,生物学家们对此也很挠头,为什么会有性的存在?为什么绝大数动、植物采取有性生殖方式繁衍后代?生物的性行为是怎么产生的?性的作用是什么?
原核生物和大多数原生生物是通过细胞直接分裂而增殖,也有的通过出芽方式增殖。一部分真核生物行无性生殖或无融合生殖,即无需受精(融合)、无需减数分裂的生殖方式。大多数真核生物行有性生殖,其中一部分可以同时行无性生殖和有性生殖,在生活史中有性和无性阶段交替。
早期地球上的生物并没有性别,它们靠着无性生殖来繁衍,大家都是独自完成繁殖后代的任务。
在自然界,许多生物靠着无性生殖来繁殖,无性繁殖在植物界较为常见,许多植物的茎、枝都可以用来繁育后代,仙人掌让自己身体的一部分掉落到地上能长出新的植株。
有些动物也能无性生殖。海绵体和海葵通过芽来产生后代。扁形虫如果被切成两段,会在被切下的一段上长出一个新头,而在另一端上长出一个新尾巴来。
无性繁殖传宗接代的方法既方便又强大。别的不说,它不需要伴侣,不必心跳加剧,不必为传宗接代去犄角相碰,也不须用粉末装饰自己。的确,没有性可以省去很多麻烦。
既然没有性生物活得也蛮好,那么,为什么生物要进化出性。
要解开这种疑惑,我们先看下性是什么。
生物形态是由遗传信息决定的,生物个体为什么有差别,是因为它们携带了不同的遗传信息。
那么,遗传信息涵义是什么。遗传信息是生物对环境及其变化的描述,遗传信息记录了生物与环境相互作用的 历史 。从遗传的角度看,性的作用是将不同个体遗传信息进行融合。
有性生殖,即融合生殖,通过减数分裂产生单倍体的雌、雄配子,又通过配子融合恢复双倍性,并由此产生新个体。两个携带不同遗传信息的个体,不同的遗传信息通过融合产生交汇,然后进行信息的重组,产生出新的遗传信息的组合体。生殖细胞的融合意味着染色体双倍化,有性生殖伴随着融合后的细胞还原的机制,即减数分裂。因此,与有性生殖相伴随的是通过融合(受精)、减数分裂而实现的单倍体-双倍体的世代交替。
两种配子融合成为合子的过程被称为受精。由合子发育成一具有双亲遗传性的新个体。高等动植物的雄性和雌性亲本(即父本和母本)的遗传特性,是由具单倍染色体的精子和卵通过受精而传到子代的。由精子和卵融合产生的新个体,恢复了像亲代一样的二倍染色体的数目,继承了亲代双方的遗传性,同时,以通过受精产生的子代,既有亲代遗传的特性,也表现有个体的特异性。
对于多细胞生物来说,有性生殖同时带来了复杂的个体发育过程:有性生殖伴随着复杂的行为进化,为达到受精和繁殖后代的目的,进化出无数复杂的与性相关的行为:求偶、性竞争、性爱、亲情等。
雌雄分别是独立的个体,每个个体身上都携带属于自己的基因,不同的个体经历各自的成长过程,当雌雄个体性成熟后,雌雄经交配产生出新的个体。遗传信息的重组实际上是一个遗传信息的优化过程(这也不是绝对的),那些具有好的适应性的东西容易被保留下来,不好的东西被筛选掉。每个生物个体的生存活动都是与环境进行信息交换的过程,环境信息会在生物体上留下痕迹,在异体融合的过程中,不同个体的信息有交换和取舍,通过遗传信息交换来对后代的性状产生影响,那些适应环境的信息就有可能被保留下来。
所以,雌雄两性遗传信息的重组不仅是为了维持物种的延续,更是驱动生物进化的重要因素。
从生物学的观点看,性表现为异体间的配对,也就是同一物种的不同个体为产生新的个体而进行的结合。生物个体间存在差异,这些差异受到不同遗传和生存环境的影响,即不同个体携带着不同的遗传信息,而异体的结合是要达到交换遗传信息的目的,产生出具有新的遗传信息组合的个体,这种异体间遗传信息的交换更有利于生物的生存和发展。
同时,性也是不同生物个体相互关系的一种表现。生命的发展在很大程度是建立在不同生物个体的相互关系上,由于性的存在,不同个体在性的基础上结成一定的关系,产生同性以及异性之间的复杂关系,极大地丰富生存内容,从而对生物的存在形态和发展产生影响。
所以,性这种繁衍方式不是一种绝对的遗传形式,它因生物发展需要而产生,性是生物不同个体之间一种复杂的关联形式,性的存在与生物演化之间有密切的联系。和无性繁殖相比,有性繁殖大大提高了进化的效率,更有利于生物的生存和发展,生命世界也因此变得更加生动和精彩。
性的出现和存在,是自然伟大又神奇的创造。
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