孔子说：食色性也。世界上的生物，为了自身的生存，必须透过进食来维持生命，而为了延续下一代的生命，则要藉由性的过程，来孕育新的生命。为了达成基因重新组合而产生多样性，以利各种生物在天择的过程中不被淘汰，有性生殖一向被视为是不可或缺的。不过，一种只有透过显微镜才看得见的微小生物──轮虫，却彻底颠覆了这个观念！
数百万年以来，它们从来没有进行过有性生殖，却能战胜演化的洪流，在生物圈保有一席之地。照理来说，这种缺乏有性生殖的生物早该灭绝了，究竟它们有什么妙招，能让自己在演化上立于不败之地呢？透过 DNA 的定序，科学家发现它们藉由混并来自其他轮虫个体、不同种的轮虫，甚至是真菌或是细菌的基因，来弥补缺乏有性生殖这项重大缺点。
你可以在池塘、小水坑，甚至是潮湿的土壤中找到轮虫这种奇特的小生物。透过显微镜观察它们，你会发现它们十分小巧可爱，是一种长度通常不到 1 毫米的多细胞无脊椎动物，当它移动的时候，简直就像一艘超迷你的轮船。它藉由转动位于头部周围的纤毛来移动它的身体，同时也可以把水中的小型藻类与有机质碎屑扫进口中大快朵颐，活像是现今的热门家电──扫地机器人。
当轮虫所栖息的水塘干涸时，它们会缩成一个脱水的小颗粒，看起来像是皱巴巴的桶子。它们能够以这个状态度过数年，并且随风传播到新的池塘。到达适合生长的新天地后，它们只需几个小时就能吸饱水分，同时能有效地修补因干燥而伤痕累累的 DNA 。这个不起眼的生物让我们不禁重新思考起，生物学上最古老的谜团：动物为何会有性的过程呢？
非性不可？
性其实是一种很没有效率的行为，动物们投入了大量的时间与精力去追求并维持稳定的伴侣关系。更糟的是，同一族群中会有一半的个体，因找不到伴侣而无法繁衍后代。早在 150 年前，演化之父达尔文就已经对性的必要性提出质疑。长久以来，演化学家一直都在思考，为何有性生殖在演化上的优势总是大大胜过无性生殖？
数十年来，科学家们已提出许多理论，并且经过反覆的争辩。其中最广为接受的说法是：性有利于重新组合双亲的基因体，藉此产生全新的基因组合，这样一来，能使动物们具有适应环境变迁的能力，并且能在新的生态栖位落地生根。更重要的是，这些新创造出来的基因组合，还能使动物们免于遭受各种病原体的侵害，纵使有部分个体会因被感染而牺牲，但总会有一些个体具有抵抗力。对病原菌来说，这些动物就像一闪而过的移动靶一样难以命中！
对哺乳类而言，有性生殖是不可或缺的，所谓的处女怀胎这种事，只存在于神话中。而在脊椎动物中，只有极少数的爬虫类与蛙类能够进行孤雌生殖，它们的雌性个体，能产下与母体的基因组合完全相同、内含双倍体的卵。不过，这些由未受精的卵发育而成的后代，其适应环境的表现还是比经由有性生殖产生的后代差。因此，行无性生殖的物种通常无法存续很久，一不小心就会消失在演化的洪流中。
许多无脊椎生物不但可行有性生殖，也可以进行无性生殖，而有一些物种，比方说蚜虫，绝大多数都时间都是行孤雌生殖，只有在感受到环境压力时，才会进行有性生殖。不过，却没有任何一种动物，从来不进行有性生殖，唯一的例外，就是 bdelloid 轮虫。自从荷兰科学家 Antonie van Leeuwenhoek 第一次用自己发明的显微镜发现这种轮虫以来，数百年间，从来没有人看过任何一只雄虫。
它们的雌性个体会产下未经减数分裂的卵，因此它的卵所含的基因体，与母体的完全相同。bdelloid 轮虫本身的基因体也很奇妙，就常理来说，它应该具有两套相同的基因，就如我们一般所熟知的双倍体，但是它们却是截然不同。这表示这两组基因体是源自于两个物种间的混成，而这两个物种的基因与基因体早在六千万年前就已在演化上分歧。它们的同源染色体已经过不同方式地重组，因此它们无法在减数分裂时进行配对。由此可知，六千万年来，这种轮虫从来没有进行过有性生殖。
轮虫获取新 DNA 的方式
将 bdelloid 轮虫的基因体定序后，科学家发现了另一项惊人的事实：其中竟然有 8% 的基因是外来的！其中有些基因还是存在于真菌或细菌体内的典型基因，这些基因赋予轮虫某些重要能力，例如分解毒素及消化特殊食物。这种轮虫与其他生物间的水平式基因转移，从远古时期就存在了，而且现在还在持续进行。
透过彻底地检视，我们可以发现外来的 DNA 遍布于轮虫的基因体上。那么，这些基因又是如何进入轮虫的基因体呢？极有可能是轮虫在遭遇干旱逆境时，在身体脱水的过程中，造成其细胞膜产生裂缝，外来的 DNA 便由此进入其细胞中。而轮虫修复 DNA 双股螺旋构造的机制会在其脱水时受到破坏，为外来 DNA 混入其基因体提供绝佳的机会！
此外，更令人吃惊的是，在这类轮虫取得其他轮虫个体或是另一种轮虫 DNA 的过程中，这些 DNA 并不是随机的混并入其基因体中，而是会先抵达合适的 DNA 序列位置，再进行重组，这就表示某一种新型的特定基因能够取代旧有的对应基因，达成跟进行有性生殖同样的效果！
细菌也有自己的一套
从周遭环境取得 DNA 并加以利用的情形，并不只出现在轮虫身上。细菌透过分裂生殖来产生基因完全相同的个体，但它们也能取得其他菌系的 DNA ，并与自身既有的基因做替换，藉此产生更强的抗性来适应环境。而正是这种 DNA 改造（DNA transformation）的过程，让生物学家首度证实了基因是由 DNA 组成的。 DNA 改造只是细菌用来获取多样性基因的其中一个手段而已，细菌还可以透过病毒来取得其他细菌的基因；有些细菌则能够透过特殊的管状构造，进行长链 DNA 分子，甚至是整个基因体的交换，这种结合看起来几乎跟有性生殖没什么不同。
在没有数量庞大的基因型的前提之下，不论对脊椎动物或是非脊椎动物而言，有性生殖看起来还是最佳选择，因为这样能为族群创造高度的歧异性。而对无法进行有性生殖的生物来说，它们就必须另寻其他途径，来提高其基因库的含量。无论能否进行有性生殖，要在演化上取得优势，基因变异是必要的条件，轮虫就是最好的证明。
（作者 谢 佳盛 首图来源：Flickr/Ian Sutton CC BY 2.0）