《那些古怪又让人忧心的问题》自体繁殖 SELF-FERTILIZATION

Q．我看到一些研究说，他们正在尝试用人体骨髓干细胞来生产精子。如果一个女性用她自己的骨髓干细胞造出了一个精细胞，并使自己受孕，那么她和她的女儿会是什么关系？

——R．斯科特·拉莫尔特

A．要想造成一个人类，你需要把两套DNA拼到一起。

对于人类，这两套DNA分别位于精细胞和卵细胞中，其中每一套都是从父母那里随机取出来的一部分DNA。（很快我们会具体讲到这个随机过程。）对于人类，精细胞和卵细胞分别来自两个不同的人，但如果你有能够分化成任何细胞的干细胞的话，事情就不是这样了，理论上来说，干细胞也可以被用来生产精细胞或者卵细胞。

到目前为止，还没有人能够利用干细胞制造出完整的精细胞。2007年一组研究人员成功地将骨髓干细胞转化成了精原细胞，这些细胞是精子的前体。研究人员无法将这些细胞完全转化成精细胞，但这至少是一个进步。2009年，这些研究人员发表了一篇论文，看上去宣称他们已经实现了最后一步，制造出了完整的具有功能的精细胞。

但是这里有两个问题。

首先，他们并没有说他们制造出了精细胞，而是说制造出了类精子细胞，但媒体在报道时通常都打马虎眼没提。其次，发表论文的期刊撤下了这篇论文，因为其中的两个段落抄袭自其他论文。

虽然有这样那样的问题，但这个设想本身并非是天方夜谭，斯科特的问题的答案甚至让人有些小激动。

要想追踪一长串基因信息的走向是非常困难的，我们这里将会使用一个高度简化的模型，角色扮演游戏的玩家可能对此会比较熟悉。

《龙与地下城》式的染色体

人类的DNA由23对染色体组成，每个人的每一种染色体都有两个版本——一条来自父亲，另一条来自母亲。

在简化的DNA模型中，我们将染色体的数量从23对减少到7对。人类的每一个染色体中都蕴含了庞大的基因代码，但在简化模型中我们限制每一个染色体只负责控制一个功能。

我们这里将会借用《龙与地下城》d20系统中的角色数据，即每一套DNA都将含有7条的染色体：

前6种是角色扮演游戏中常见的角色属性：力量、体质、敏捷、魅力、知觉和智力。最后一个则是性别决定染色体。

我们现在来看一段示例DNA“序列”：

在我们的模型中，每一个染色体都含有一个信息，这个信息要么是一个数字（通常在1～18之间），要么是一个倍率。最后一个决定性别的染色体对应的是真实人类的X和Y染色体。

就像在真实生活中一样，每个人都有两套染色体，一套来自于妈妈，另一套来自于爸爸。假设你的基因看上去是这样的：

这两套数据结合在一起决定了一个人的性格，结合的简单规则如下：

如果两个染色体显示的都是数字，那么保留较大的那个数字。如果一个显示的是数字，另一个显示的是倍率，那么留下的是数字乘以那个倍率。如果两个染色体显示的都是倍率，那么得到的属性是1。1

于是我们的虚拟角色的属性会是这样子的：

如果父母中由一方提供倍率，另一方提供数字，最终得到的属性就会非常好！这个角色的体质已经达到了超人般的24，事实上除了知觉有点略低以外，其他的属性都是很棒的。

现在假设这个角色（不妨称作爱丽丝）遇到了另一个人（鲍勃）：

鲍勃也有十分不错的属性值：

如果爱丽丝和鲍勃生了一个小孩，那么他们俩各会贡献一部分DNA，但他们贡献出来的DNA是从自身来自父母的两部分DNA序列中随机选取的。每一个精细胞以及卵细胞都会含有各自父母DNA序列的随机组合。假设爱丽丝和鲍勃产生的卵子和精子如下：

如果他们的精子和卵子结合，他们孩子的数据会是这样：

爱丽丝一世继承了她母亲的力量和父亲的知觉，她的智力也异乎常人地高，这得益于爱丽丝贡献的14和鲍勃贡献的倍率。不过她的体质比她父母都要差，来自她母亲的2倍倍率和来自她父亲的5点体质决定了她的体质注定不会好到哪里去。

爱丽丝和鲍勃的魅力染色体中都各自有一条来自于双方父母的倍率染色体。由于两个倍率染色体结合到一起会变成1点能力值，因而如果爱丽丝和鲍勃贡献的都是倍率的话，他们的孩子的魅力值就会低到极致。幸好发生这种事情的几率只有四分之一。

如果孩子的某个配对的染色体上显示的都是倍率，那么他的这一方面的能力值就会降为1。幸好由于倍率染色体本来就比较稀少，随机组合的过程中两个倍率染色体配对结合到一起的几率就更低了。

现在我们来看看，如果爱丽丝仅用自己的身体生下一个小孩会是什么样子的。

首先她会产生一对性细胞，DNA序列随机选取过程将会重复两遍：

被选中的DNA序列会形成孩子的遗传信息：

孩子的性别一定是女性，因为没有人来贡献Y染色体。

她的孩子面临着一个问题：7个属性中的3个属性——智力、敏捷和体质——继承自两个相同的DNA序列。对于敏捷和体质来说这不是问题，因为爱丽丝在这两个方面的能力值都很高。不过孩子的体质从爱丽丝那里继承了两个倍率染色体，结合之后变成了1。

如果有人打算自体繁殖，这会极大增加孩子的配对染色体都继承自同一条遗传序列几率。在现在这种情况下，爱丽丝的孩子继承两个倍率染色体的几率为58％，而如果她和鲍勃育有一个孩子的话，这个几率只有25％。

总的来说，如果你用自身的细胞受精产下一个孩子，那么有一半的几率两个配对的染色体是相同的。如果这个相同的染色体的值是1或者是一个倍率染色体，那么你的孩子就会有大麻烦了——即使你从未遇上过。这种两个遗传序列上的基因代码都是一致的情况被称为纯质性。

人类

在人类中，由近亲繁殖带来的最普遍的遗传缺陷可能是脊髓性肌肉萎缩症。这种疾病会导致脊髓中的细胞死亡，最后可能会致命或造成严重残疾。

脊髓性肌肉萎缩症是由5号染色体上的一个基因异常造成的。平均每50人中就会有一个人的这个基因出现异常，这意味着每100个人就会有一个人把它遗传给他们的孩子……因而每1万人（100×100）中，就会有一个人从父母那里都继承到这种有缺陷的基因。2

如果一个人打算自体繁殖，那么得病的几率为四百分之一——他自己有这种缺陷基因的几率是百分之一，而又有四分之一的几率他的孩子只会继承到这个基因。

四百分之一的几率听起来还不算太糟糕，但这仅仅是个开始。

复杂的DNA

DNA是宇宙中已知的最复杂机械的源代码。每一条染色体上都包含巨量的信息。而DNA和周围细胞工厂的相互作用又极其复杂，包含了无数的移动部件和捕鼠器式的反馈循环。甚至把DNA称作源代码都太小看它了。与DNA相比，我们最复杂的编程项目看起来就像便携式计算器那样简单。

在人体中，每条染色体通过一系列的突变和变异影响着许多其他的东西。其中一些突变，就像造成脊髓性肌肉萎缩症的那个突变，产生的结果完全是负面的，这种基因突变是没有益处的。在《龙与地下城》系统中，它就像力量值为1的染色体，如果你的其他染色体都是正常的，那么你的整体属性值也将会是正常的，但你是一个隐形的“携带者”。

其他的突变，比如11号染色体上镰状红细胞基因，既会带来好处也会带来坏处。如果一个人的两条遗传序列上都有镰状红细胞基因，那么他们就会得镰状红细胞贫血症；如果他们只有一条遗传序列上有这种基因，就会产生一个意料之外的好处：对疟疾的额外免疫性。

在《龙与地下城》系统中，这就像一个2倍倍率。具有一个这样的基因能让你变得更强壮，但两个配对染色体都是倍率染色体的话就会造成严重的缺陷。

这两种疾病能让我们了解到基因多样性有多重要。基因突变到处都在发生，但我们的冗余染色体能够帮助缓解突变带来的影响。通过禁止近亲繁殖，我们可以降低罕见却有害的突变在配对染色体两边同时发生的几率。

近交系数

生物学家用一个叫作“近交系数”的数字来衡量一个人的配对染色体完全相同的可能性。一对没有亲缘关系的父母产下的孩子的近交系数为0，而如果配对染色体完全相同，则近交系数为1。

现在我们可以回答最初的那个问题了。一个自体繁殖的家长产下的孩子就像是家长的克隆体，但是带有严重的基因缺陷。家长会具有孩子所拥有的所有基因，但孩子反过来不会拥有家长所有的基因。孩子体内有一半本应由另一位家长提供的染色体，会被这些染色体自己的副本所替代。

这意味着孩子的近交系数为0.5。这个数字非常高，连续三代近亲结婚产下的孩子才会有这么高的近交系数。根据道格拉斯·斯科特·福尔科纳的《数量遗传学导论》，0.5的近交系数会导致孩子在10岁时的智商平均下降22点，身高会减少10厘米。有很大几率这个孩子都不能活到出世。

这种近亲结婚在努力保持血统“纯正”的皇室家庭中最为常见。公元第二个千年中期统治欧洲的哈布斯堡皇室就是近亲结婚的典范，最后出了个西班牙国王卡洛斯二世。

卡洛斯的近交系数为0.254，仅仅比兄妹结婚的近交系数（0.250）高一些。他有重度身体和情绪残疾，是一个极其古怪（也极其无能）的国王。根据史料记载，有一次他要求把他的亲属的尸体都挖出来，这样他就能一直看着他们。由于他没有生育能力，因而皇族血统到他这一任也就终结了。

所以说自体繁殖是个很危险的策略，这也是为什么在稍大、稍复杂的种群中，性是如此普遍的原因。3虽然有时一些高等生物也会无性繁殖，4但这种行为是相对罕见的。这种情况通常发生在异性繁殖非常困难的环境中，困难的原因包括资源稀缺、种群分散……

生命会找到出路

……或者某个过于自信的主题公园管理员。

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1．因为1是乘法恒等元。

2．一些种类的脊髓性肌肉萎缩症是由两个基因导致的缺陷造成的，所以实际上患上这种疾病的几率有些不太好计算。

3．好吧，原因之一。

4．“特伦布利蝾螈”是一种混种蝾螈，繁殖完全靠自体繁殖完成。进行繁殖的都是雌性蝾螈，让人惊讶的是它们有三组而不是两组基因组。在繁殖期间，雌性蝾螈和雄性蝾螈会进行求爱仪式，然后产下自体受精的卵。雄性蝾螈在这一过程中什么都不会得到，它们的作用只是用来促进产卵。