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从生物生殖进化角度破解“蛋鸡悖论”之谜

日期:2008年1月14日 作者:姜国厚 人气:

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    摘 要:作者从生物生殖进化、个体发育等三个层面破解“蛋鸡悖论”之谜,揭示了先有鸡后有蛋的生物生殖进化过程本质。

    关键词:“蛋鸡悖论”  生物生殖进化  生物发生律  个体发育

    在《21世纪100个科学难题》[1]的“RNA与生命的起源”一章中张静言:“先有鸡还是先有蛋?或言“蛋鸡悖论”,是一个人人皆知的既古老又不得其解的难题。”

    据CNN报道:诺丁汉大学进化遗传学专家布鲁克菲尔德宣称:“根据生物体内遗传物质在其整个生命周期内不发生改变的遗传学原理,鸡蛋内有机体同将从这枚蛋中孵出的小鸡有同样的DNA”他认为:“是先有蛋后有鸡。”但是我们从生物生殖进化角度分析[2],结论相反。

    一.从生物生殖进化角度分析

    生殖是生物界一种普遍而又十分重要的生命现象,通过生殖可以使生物物种得以绵延。生物的生殖也像生物的其他生理功能一样,有着不断由低级向高级、由简单到复杂的进化过程,从无性分裂繁殖到复杂的人类有性生殖,经过了几十亿年的演进,这期间经历了无数次的曲折与反复。真核细胞生物的出现是生物进化史上的一个伟大里程碑,同样其繁殖方式也出现了质的飞跃。例如酵母菌,其繁殖方式除了保持原核细胞生物的无性繁殖方式外,又出现了有性生殖,即通过不同性别的子囊孢子结合产生新的子代。其他大多数真菌也同样具有无性和有性两种繁殖方式,不过真菌的有性繁殖不及无性繁殖那么经常与普遍,多发生在特殊自然条件下,在一般培养基上少见。这就是说,在生物进化过程中是先形成真菌,然后在特殊条件下一些真菌才产生了有性配子,出现了真菌的有性繁殖,即先有真菌(亲本,相当于鸡),而后才有配子(相当于鸡蛋)。

    随着生物的进化到了动物界这种生殖方式的改变更加明显[3]。到了扁形动物门尽管仍有无性繁殖,有性繁殖也大多为雌雄同体,但是有的扁形动物已经出现了固定的生殖腺、生殖导管和附属腺体,出现了交配现象和体内受精(如猪带绦虫);到了原腔动物,形成了雌雄异体(如人肠蛔虫),有了明显的雌、雄性生殖器官,但多数仍为两性繁殖;到了环节动物门,如环毛蚓虽是雌雄同体,但行异体交配受精;到了软体动物门(如无齿蚌),生物才由无性繁殖过渡到有性生殖,雌雄异体,受精卵在雌蚌外鳃瓣中发育,此时肿大的雌蚌外鳃瓣相当于“育儿室”。

    生物生殖进化的另一个重要侧面就是由体外受精转化为体内受精。例如,珊瑚虫在繁殖期间,将大量雌雄配子(卵和精子)排放到海水中,其中绝大多数成了周围其他海洋生物的饵料,真正达到受精的卵并发育成珊瑚虫成虫的,所占比例很少。到了鱼类及两栖类,已有部分由体外受精进化为体内受精,而到了爬行类动物均具有了专门的雌雄性交配器官行体内受精,这样大大提高了受精率。根据大多数真菌的例子及生物生殖进化史实,我们认为:鸟类(包括鸡)可能也经历过类似的形成和进化过程。

    随着生殖方式的进化,受精卵的保护也经历了几度变迁。因为受精卵能否保护好,这是生物种能否继续繁衍的大问题,因此始终受到各种生物的“最大重视”。如鸟类为了防止他们的蛋被其它动物偷食或被洪水冲走打碎,学会了在树上筑巢将卵产在树上的鸟巢内。到了哺育类动物绝大数已衍化为胎生即受精卵(小生命)在母体子宫内生长发育,找到了最安全、最舒适的生长发育基地。

    二.从个体发育角度看

    个体发育一般是指多细胞生物从受精卵开始经生长发育以至死亡的全过程。

    德国博物学家赫克尔根据他对动物形态学和胚胎学的多年研究在其《普通形态学》一书中明确指出:“生物的发展史可分为两个相互密切联系的部分,即个体发育和系统发展…个体发育史是系统发展史的简单而迅速重演”,提出了生物发生律又称重演律。根据这一理论一个发育中的合子(受精卵)代表着原生动物或其他处于进化史上原生动物阶段的动物;囊胚代表群体原生动物;原肠胚代表着腔肠动物;而在哺育类及鸟类(包括鸡)的胚胎发育过程中有一个阶段出现鱼类特征—鳃类,这是其祖先鱼类特征的重现。

    重演律是生物界的一条普遍规律,不仅是动物界。所以如此,我们认为重演律是生物种在进化过程中所走过的关键步骤的DNA档案在新生个体生长发育过程中的表达。每一个生物物种在其形成过程中,都将此前及该生物种在生物进化中的重要足迹记录在DNA编码的该生物生命档案中,从生命形成开始一直到该生物种所获得的进化程度,像一条很长很长的链条,每个新生命都演绎着这个生命长链从头开始的复制变化过程,一直到该生物个体的发育成熟直至衰老死亡。当我们学习了人类胚胎学之后便可以了解到,从受精卵的细胞分裂(卵裂)到婴儿出生前形成完整的现代人的形态结构,演绎了整个30多亿年的生物形成和进化史,只是年代久远演化的速度被压缩得如此之快,有些变得不是那么十分典型,展现出“是我非我”的不断进化过程。

    鸡作为鸟类鸡形目的一种,有着复杂的有性生殖系统。雄鸡有成对的睾丸和输精管,发育成熟的雄鸡的睾丸能产生精子,其输精管在通入泄殖腔前膨大形成贮精囊,贮备精液,以便与雌鸡交配时有足够的精子完成受精作用。雌鸡有卵巢和输卵管,成熟的鸡的卵巢可以产卵,这是鸡蛋的核心和雏形。输卵管的腹口呈伞状其开口正对着卵巢,一旦卵巢里某个卵成熟排放出来,即可通过该口进入输卵管。输卵管除输卵管伞外,还有蛋白分泌部、峡部、子宫和阴道等共计五个部分。成熟的卵进入输卵管后,如果此时雌鸡与雄鸡交配,精子进入输卵管,精子与卵在输卵管上端相遇发生受精作用,形成受精卵。此后,受精卵或未受精卵在输卵管内慢慢向后移动,依次外包蛋白、卵壳膜和蛋壳,最后坠入泄殖腔排出体外,即是我们经常食用的鸡蛋。尽管受精卵与未受精卵两者的外形完全一样,但前者已是一个新的生命的开始!(应记住这一点!)布鲁克菲尔德教授所说的“鸡蛋内的有机体”与后来孵化出的小鸡是同一个体,他们的DNA当然应该是完全相同的。

    从鸡的个体发育史不难看出,是先有小鸡,当小鸡发育成熟后,雌鸡的卵巢才可能产卵(在杀鸡现场,我们常可看见母鸡腹内有许多大小不等之圆形金黄色卵,而小母鸡腹内见不到这种情况,即小母鸡尚无产卵功能),显然是先有鸡而后有蛋。排卵之前,卵细胞是整个鸡体的一个部分,没有整体自然也就没有该整体的一个部分。

    三.未受精的鸡蛋孵育不出小鸡

    小的时候就听母亲说,“有苗”的鸡蛋才能孵出小鸡。所谓“有苗”就是指受精的鸡卵。从表面看受精鸡蛋和未受精鸡蛋是一样的,然而其内在结构却发生了质的变化(有心人在打开鸡蛋时可以看出“有苗”的鸡蛋与“无苗”的鸡蛋是不一样的),前者含有雌雄交配而形成的合子,是一个新生命的开始,而后者则否。因此只有受过精的鸡蛋才能孵育出小鸡,未受精的鸡蛋是永远孵育不出小鸡的。

    总之,不论是从生物生殖进化角度还是从个体发育角度看,都证明这样一个事实:地球上的生物是先有亲本而后有配子,即先有鸡而后有蛋,只不过是鸡通过蛋这种形式(保护小生命)形成了不断繁衍的生命循环链。

    参考文献:
    [1]21世纪100个科学难题编辑组:21世纪100个科学难题. 吉林人民出版社,2002.
    [2]姜国厚:生命的奥秘.天津科学技术出版社,2007.
    [3]侯林,吴孝兵.动物学.科学出版社,2007. 
    作者简介
    姜国厚,1963年毕业于烟台医专,长期从事医学临床诊疗及科研工作。1984年起,任烟台市医学科学技术研究所业务所长至退休。期间兼任中华医学会烟台市皮肤科学会副主任委员。2000年后兼任烟台市科学技术进步奖评审委员会医药卫生组专家组组长。
   
    毕业后四十余年来,先后发表医学论文及译文四十余篇,获省、市科技成果奖六项,翻译出版译著《药物相互作用及其对临床检验的影响》(美)一部、编写出版专著《艾滋病》、《临床医学科研指导》两部、参编出版《中国学术界》、《自主神经系统疾病》两部。

    2002年退休后,应聘在烟台新安男科医院皮肤科半日坐诊,业余时间开始生命起源的研究工作。自2007年7月起被聘为烟台新安男科疾病研究所业务所长。

(出处:《科学中国人》2007年第十二期)

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