为什么有性繁殖使生物进入了多细胞时代，使寒武纪生物大爆发？
首先，让我们回到有性生殖的起源和本质。在有性生殖出现之前，生命主要以无性繁殖的方式延续，例如二分裂。这种方式就像是克隆，子代与亲代在遗传物质上几乎完全相同。这在环境稳定的时候非常高效，但一旦环境发生变化，比如出现新的病原体或资源竞争加剧，整个种群都可能因为缺乏遗传多样性而面临灭顶之灾。
有性生殖的出现，带来了革命性的改变：基因重组。通过减数分裂和受精，有性生殖使得父母双方的基因有机会以全新的组合传递给下一代。这意味着，即使是同一对父母，他们的每一个后代也拥有独特的基因构成。这种随机的基因组合，就像是在不断地玩一副不断被打乱和重组的扑克牌，每一次发牌的结果都是独一无二的。
那么，这种基因多样性是如何帮助生物进入多细胞时代并引发寒武纪大爆发的呢？我们可以从以下几个关键角度来理解：
1. 应对不断变化的环境，加速适应性演化
想象一下，在漫长的地质时期，地球环境并非一成不变。气候波动、地质活动、化学成分的变化，乃至新病原体的出现，都构成了巨大的生存压力。
无性生殖的局限性： 在无性生殖的世界里，如果环境发生突变，一个有利的突变在种群中的传播速度会比较慢。如果有害的突变出现，也可能通过“拷贝”的方式快速扩散。
有性生殖的优势： 有性生殖通过产生大量的遗传变异，大大增加了种群中出现有利变异的概率。当环境发生变化时，总会有一些个体因为其独特的基因组合而拥有更强的生存和繁殖能力。这些“幸运儿”得以存活并繁衍后代，他们的有利基因也更容易在种群中传播开来。
协同进化： 尤其重要的是，有性生殖也驱动了生物之间的协同进化。例如，捕食者与猎物之间、寄生虫与宿主之间，都在不断地进行着“军备竞赛”。一方的适应性演化会给另一方带来压力，迫使后者也必须进行相应的演化才能生存。有性生殖产生的遗传多样性，为这场持续的协同进化提供了源源不断的“原材料”。
2. 多细胞化的驱动力——复杂性的需求
从单细胞到多细胞的转变，是生命史上的一个巨大飞跃。多细胞生物内部的分工合作，带来了更高效的生理功能和更复杂的行为模式，也使得生物能够占据新的生态位，应对更严峻的挑战。
细胞间沟通与协调： 多细胞生物的形成需要细胞之间能够有效地沟通、黏附和协调活动。这本身就需要精密的基因调控和复杂的蛋白质网络。基因重组产生的多样性，为这些复杂调控网络的构建提供了更多的可能性。
对环境变化的精细响应： 单细胞生物对环境的响应通常是直接和局限的。而多细胞生物可以通过分化出不同的细胞类型，形成专门的组织和器官，从而对环境的变化做出更精细、更有效的响应。例如，某些细胞可能专门负责感知光线，另一些则负责化学物质的检测。这种功能的分化和组合，很大程度上依赖于基因的精确表达和调控，而有性生殖提供的遗传变异，为这些复杂调控网络的出现提供了基础。
能量获取和利用效率的提升： 多细胞性意味着更大的体积和更强的能力去获取和利用能量。例如，捕食大型猎物、形成更强大的防御结构等。这些能力的出现，也与基因层面的创新息息相关，而有性生殖是催生这些创新的有力工具。
3. 寒武纪生命大爆发——基因多样性的“引爆点”
寒武纪生命大爆发（Cambrian Explosion），大约发生在 5.4 亿年前，是地球生命史上一个极其重要的事件。在这个相对短暂的地质时期，绝大多数现代动物的门类几乎在同一时期突然出现，生物的复杂度和多样性呈现出爆炸式的增长。许多科学家认为，有性生殖的普及与这次大爆发有着密切的联系。
“基因库”的极大丰富： 在寒武纪之前，生命经历了漫长的演化，生物体可能已经积累了足够多的基因“构件”（例如，控制细胞黏附、细胞分化、胚胎发育的基因）。一旦有性生殖变得普遍，这些零散的基因构件就可以通过基因重组以全新的方式组合起来，产生前所未有的新特性和新体型。
生态位的新增与竞争： 随着地球环境的变化（例如，海洋中氧气含量的增加，以及第一个冰期结束后的稳定），为复杂生命的出现创造了条件。多细胞生物的出现，尤其是具有硬质外壳和更复杂身体结构的生物，开辟了全新的生态位。这引发了激烈的生态竞争，那些能够快速适应新环境、占据新生态位的物种得以蓬勃发展。有性生殖提供的快速适应能力，成为这场竞争中的关键优势。
“大爆炸”的加速效应： 可以设想，在一个本身就孕育着潜力的基因库中，一旦有了有性生殖这个强大的加速器，基因重组的“速度”和“强度”会大大增加。这就像是在一个已经准备好的实验室里，突然加入了强力的催化剂，反应便会一触即发，短时间内涌现出大量的创新。寒武纪大爆发，或许正是地球生命在积累了足够的基因多样性和环境条件后，被有性生殖彻底“点燃”的壮丽景象。
总结来说：
有性生殖并非孤立的事件，它是生物演化长河中一个至关重要的节点。它提供的持续不断的基因多样性，使得生命能够更有效地应对环境挑战，并为构建更复杂的细胞结构和生命模式奠定了基础。从单细胞到多细胞的飞跃，再到寒武纪生命大爆发，有性生殖以其“制造惊喜”的能力，扮演了不可或缺的驱动角色，让地球生命呈现出如今令人惊叹的繁荣景象。它不是一个直接的“开关”，而是通过赋能适应性和复杂性，间接但有力地引导了生命进入了全新的时代。
网友意见
不存在的。
多细胞生物的起源比寒武纪早得多，14 亿到 21 亿年前的地层已经有相关痕迹，确定为多细胞生物、能进行有性生殖的红藻物种 Bangiomorpha pubescens 有约 10.47 亿年历史[1]。埃迪卡拉生物群在“寒武纪大爆发”前繁荣了至少 4000 万年，出现了一些身长超过 1 米的疑似动物物种[2]。化石证据显示动物界的一些门级分类比埃迪卡拉生物群还古老[3][4]。19 世纪提出所谓“寒武纪大爆发”时根本不知道这些。
“寒武纪大爆发”本身持续了约 2000 万到 2500 万年，比 19 世纪以为的要缓慢得多。统计上看，动物在寒武纪发生的演化辐射（多样化）并不比其他时期快[5]。历史上归因于寒武纪大爆发的一些演化辐射其实是在奥陶纪发生的[6]。
历史上，学术界对寒武纪大爆发的解释和有性生殖无关，主要流派可总结为以下五种：
一、假象说
认为前寒武纪沉积物及其所含的化石大多被地热活动和压力破坏，过去的生物并不比寒武纪少，只是留下的化石较少；
认为动物到寒武纪才演化出能高概率形成化石的坚硬躯体，过去的动物并不比寒武纪少，只是形成的化石较少；
认为寒武纪初期生物多样性的增加是 S 形曲线上升段的正常表现。一些化石记录显示，晚埃迪卡拉纪生物的多样化速度在数千万年间较为稳定[7]；
诸如此类。意思就是根本没有什么寒武纪大爆发。
二、氧气说
认为地球大气直到寒武纪才积累足够多的氧气来支持动物体型增大并形成臭氧层。
这被埃迪卡拉生物群作为反例驳斥[8]。臭氧层也不是那么站得住脚 ，宇宙线强度高可能促使地球生物种化。
另一个方向，认为多细胞生物擅长在埃迪卡拉纪末期贫瘠的海水中取得食物、能运动的动物擅长在周围海水缺氧时逃走，因此受到生态选择青睐。这可以和灾变说接轨。
三、军备竞赛说
认为动物在寒武纪首次演化出眼晴，捕食者与猎物间的生态选择变得激烈，促进新物种生成。
但是，动物可能更早就有了眼睛[9]。而且，化石证据显示，更擅长在水中工作的压力检测和嗅觉的出现并没带来“大爆发”[10]。
另外，埃迪卡拉动物之间可能已经有捕食关系[11]。亦有认为多样性从那时就持续以较为稳定的速度增加的，可以与假象说接轨。
四、灾变说
认为埃迪卡拉纪末期的灭绝事件（尤其是海底缺氧造成的底栖动物大量死亡）空出了大量的生态位，促使幸存物种频繁种化去接管。这似乎是每次大灭绝后的正常举动[12]。
认为雪球地球事件让冰川将大量营养物质刨下来送进海洋，剧烈的火山活动和山体侵蚀将大量矿物质送进海洋，促使生物繁荣[13]。
五、偶然说
认为某些基因从细菌或病毒水平转移到动物体内并发挥功能，促使生物繁荣[14]。
认为动物的结构、受力等达到一定程度后引起了形态复杂性的自组织[15]。
认为动物的基本条件、物种间互动和对环境的改造可能偶然地积累到超过了某个阈值[16][17][18]。
此外，无性生殖的动物可以种化为多个物种。事实上，由于只需要地理隔离、生态位差异等因素而不受有性重组影响，无性生殖的动物种化的速度快于类似的有性生殖动物[19]。
参考
- ^ https://doi.org/10.1130/G39829.1
- ^ https://doi.org/10.1126%2Fscience.284.5423.2129
- ^ https://doi.org/10.1073%2Fpnas.1414577112
- ^ https://doi.org/10.1038%2Fs41586-021-04033-w
- ^ https://doi.org/10.1093%2Ficb%2F43.1.229
- ^ https://doi.org/10.1111%2Fj.1475-4983.2006.00611.x
- ^ Wood, R., Liu, A.G., Bowyer, F. et al. Integrated records of environmental change and evolution challenge the Cambrian Explosion. Nat Ecol Evol 3, 528–538 (2019). https://doi.org/10.1038/s41559-019-0821-6
- ^ https://doi.org/10.1111%2Fj.1472-4669.2009.00188.x
- ^ https://doi.org/10.1016%2Fj.earscirev.2005.08.004
- ^ https://doi.org/10.1146%2Fannurev.earth.33.031504.103001
- ^ https://doi.org/10.1669%2F0883-1351%282003%29018%3C0454%3ABICSCP%3E2.0.CO%3B2
- ^ https://doi.org/10.1146%2Fannurev.earth.33.031504.103001
- ^ https://home.dartmouth.edu/news/2022/01/study-links-glaciers-earths-great-unconformity
- ^ https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3163562
- ^ https://doi.org/10.1088%2F1478-3975%2F5%2F1%2F015008
- ^ https://doi.org/10.1073%2Fpnas.1312778110
- ^ https://doi.org/10.1111%2Fj.1475-4983.2006.00613.x
- ^ https://doi.org/10.1007%2Fs10682-011-9505-7
- ^ https://doi.org/10.1093/icb/icv024
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