無性的蝸牛 SEXLESS SNAILS
上述種種都來自自然歷史的提示,并沒有任何嚴謹的科學實驗可以證實。當然,我們也發現了少量支持寄生物有性繁殖理論的直接證據。研究紅皇后效應最為透徹的是定居新西蘭的美國生物學家柯蒂斯·萊弗利。當他還是學生時,一次關于性進化的論文作業讓他對這個理論產生了濃厚的興趣。從那以后,他便放棄了其他研究,下決心要解決性的問題。他前往新西蘭,研究當地溪流和湖泊中的水蝸牛,他發現許多水蝸牛種群只有雌性,是處女生殖,但也有一些種群采用有性生殖,雌雄交配,并產下有性的后代。因此他選定這些蝸牛作為實驗對象,通過計算雄性的數量,大概估計出性在這個物種中的優勢。他的假設是,如果善變的牧師理論正確,蝸牛需要用有性生殖來適應變化,那么溪流中的雄蝸牛的數量應該大于湖泊中雄蝸牛的數量,因為溪流是變化多端的棲息地;如果糾纏的河岸理論正確,蝸牛間的競爭是性的起因,那么湖泊中的雄蝸牛的數量應該大于溪流中雄蝸牛的數量,因為湖泊是穩定、擁擠的棲息地;如果紅皇后效應是正確的,那么應該在寄生物多的地方發現更多的雄蝸牛。
實際上,湖泊中生活著更多的雄蝸牛。湖泊中的蝸牛大約12%為雄性。相比之下,溪流中的雄蝸牛平均只占2%。如此說來,善變的牧師理論就被排除在外。但湖泊中寄生物數量明顯較多,所以紅皇后效應依舊適用。柯蒂斯·萊弗利越深入研究,就越覺得紅皇后效應有發展前景。沒有寄生物,就不會有高度發展的有性種群。
但此時,柯蒂斯·萊弗利還不能完全排除糾纏的河岸理論。之后他再次回到新西蘭,重復上述實驗,試圖查明蝸牛和寄生物在基因方面的適應度。他從一個湖中取出寄生物,設法讓阿爾卑斯山另一邊湖中的蝸牛感染。結果發現,寄生物在原來的湖中更容易感染蝸牛。最初,這聽起來好像對紅皇后效應不利,柯蒂斯·萊弗利卻意識到事實并非如此。期望原來湖中的蝸牛具有較強的抵抗力,這是一種以寄主為中心的觀點。寄生物不斷地設法攻破蝸牛的防御,很可能寄生物“新移民”開啟蝸牛之鎖的鑰匙只是稍微慢了一步而已。而另一片湖中的蝸牛卻擁有完全不同的防御措施。一種名為“微莖”(Microphallus)的微生物,可以使蝸牛節育,從而使擁有新鎖的蝸牛獲得巨大的成功。目前,柯蒂斯·萊弗利正在實驗室潛心研究,試圖確定寄生物的存在真的能夠阻止無性生殖的蝸牛取代有性生殖的蝸牛。
新西蘭的蝸牛實驗在很大程度上滿足了紅皇后效應批評者的需求,但柯蒂斯·萊弗利的另一項研究——墨西哥鳉科魚的研究,對他們的影響則更為深遠。這些小魚有時會和相似種類的魚雜交生下三倍體雜交魚(獨攬三種不同基因的魚)。這種雜交魚無法進行有性生殖,但每只雌性處女魚只要接收到正常魚的精子,就可以克隆出和自己一樣的小魚。柯蒂斯·萊弗利和新澤西羅格斯大學的羅伯特·維里詹霍克(Robert Vrijenhoek)分別從三個池塘中抓取鳉科魚,然后計算由黑斑病引起的囊腫數目。第一個池塘中,雜交魚的黑斑數量遠大于有性繁殖的鳉科魚,其中體型越大的魚,黑斑越多。第二個池塘中,兩種無性克隆后代共同存在,那些較為普通的克隆魚黑斑較多,而其他那些罕見的克隆品種及有性繁殖出的魚幾乎都對感染有免疫功能。正如柯蒂斯所預測的那樣,寄生物不斷地調試鑰匙,以適應池塘中最普遍的鎖,即池塘中最常見的克隆體。因為寄生蟲與普通克隆體相遇的機會最多。而其他罕見克隆體和有性鳉科魚擁有不同的門鎖,所以相對安全。
最有意思的是第三個池塘中的情況。這個池塘在1976年曾一度干涸,兩年后重新進駐的鳉科魚屈指可數。因此,到了1983年,這里面幾乎所有鳉科魚都在進行近親交配。在同一個池塘中,有性生殖的鳉科魚比無性克隆個體更易感染黑斑病。沒多久,該池塘中95%以上的鳉科魚都由無性克隆產生。這就完全符合了紅皇后效應,即沒有基因變異,性就沒有什么用處。若只有一種門鎖可用,那么改變門鎖就毫無意義。后來柯蒂斯和羅伯特又在池塘中放入一些有性生殖的雌性鳉科魚,這樣又生成了一些新品種的門鎖。在僅僅兩年的時間內,有性后代對黑斑病都具有了免疫力。黑斑病開始轉而攻擊雜交的克隆品種。最后80%以上的魚都成了有性繁殖個體。由此看來,性克服雙重不利的情況,只需要小部分基因的多樣化就可以。
對鳉科魚的研究,完美地展示了在寄主陷入困境時,性幫助寄主擊退寄生物的方式。正如約翰·圖比所言,寄生物沒有選擇或不選擇的權利,它們只能不停地選擇。在競爭過程中,他們必須不斷地追逐最普通的寄主,同時也促進了稀少品種寄主的發展。寄生物的鑰匙越符合寄主的門鎖,寄主就越要迅速更換門鎖。
性讓寄生物不斷地猜測。在智利,引進的歐洲刺藤植物如災害般蔓延,于是銹菌被引入以控制事態。無性繁殖的荊棘的后代很快被控制住了,而銹菌卻對有性繁殖的品種無效。不同品種雜交的大麥或小麥的長勢要明顯好于純種的,這種優勢大概有2/3是因為霉菌在雜交品種中更不易存活。