有性生殖的演化

有性繁殖是几乎所有多细胞生物和各种单细胞生物所共有的一种适应性特征，有些生物不能进行无性繁殖。 目前，有性生殖的适应性优势被广泛认为是生物学中尚未解决的重大问题。 正如下面所讨论的，一个著名的理论是，性是作为一种产生变异的有效机制进化而来的，这具有使生物体能够适应不断变化的环境的优势。 另一个突出的理论，也在下面讨论，是异型杂交的一个主要优势是掩盖有害突变的表达。 下文还讨论了有关性别适应性优势的其他理论。 然而，性确实是有代价的。 在无性繁殖中，不需要花费时间和精力来选择配偶。 如果环境没有改变，那么可能就没有什么变异的理由了，因为生物体可能已经很好地适应了。 性也使给定人口能够生产的后代数量减半。 然而，性已经进化成为物种分支成生命之树的最多产方式。 通过有性繁殖比通过无性繁殖更快地进入系统发育树。

有性生物的演化描述了有性繁殖的动物、植物、真菌和原生生物是如何从一个单细胞真核生物的共同祖先进化而来的。 有性繁殖在真核生物中很普遍，尽管一些真核生物物种已经二次失去了有性繁殖的能力，并且一些植物和动物通常进行无性繁殖（通过无性生殖和孤雌生殖）而没有完全失去性别。 性的进化包含两个相关但截然不同的主题：它的起源和它的维持。

尽管细菌和古细菌（原核生物）具有可以将 DNA 从一个细胞转移到另一个细胞的过程（结合、转化和转导），但这些过程在进化上与真核生物的有性繁殖无关。 在真核生物中，通过减数分裂和细胞融合实现的真正有性繁殖被认为是在真核生物的最后一个共同祖先中出现的，可能通过几个不同成功的过程，然后持续存在（与 LUCA 相比）。

由于性起源的假设很难通过实验验证（进化计算之外），目前大多数工作都集中在有性繁殖在进化时间内的持续性。 在竞争激烈的世界中通过自然选择维持有性生殖（特别是雌雄同体形式）长期以来一直是生物学的主要谜团之一，因为其他已知的生殖机制——无性生殖和雌雄同体——都比它具有明显的优势 . 无性繁殖可以通过出芽、裂变或孢子形成进行，并且不涉及配子的结合，因此与有性繁殖相比，无性繁殖的繁殖速度要快得多，有性繁殖的后代中有 50% 是雄性，无法自己生育后代。 在雌雄同体繁殖中，形成受精卵所需的两个亲本生物中的每一个都可以提供雄性或雌性配子，这会导致种群大小和遗传变异方面的优势。

因此，有性繁殖必须提供显着的适应性优势，因为尽管性的成本是两倍，但它在多细胞生命形式中占主导地位，这意味着性过程产生的后代的适应性超过了成本。 有性繁殖源于重组，其中亲本基因型被重组并与后代共享。 这与单亲无性复制形成对比，在单亲无性复制中，后代始终与父母相同（除非发生突变）。 重组在分子水平上提供了两种容错机制：重组 DNA 修复（在减数分裂期间得到促进，因为此时同源染色体配对）和互补（也称为杂种优势、杂种优势或突变掩蔽）。