首先,有一个研究背景需要达成共识,低温(极端环境)会影响纺锤丝的形成,从而使染色体加倍,形成多倍体。多倍体的产生通常在极端环境中更为频繁,包括亚北极地区,高海拔和干旱环境,特别是在高纬度(温带气候)和高海拔的物种中更常见。
另外还要了解一个前提,为什么大多数生物是二倍体?
这正是有性繁殖的功劳。有性繁殖的优点在于可以有基因交流,增加后代的遗传多样性,使后代的性状更加丰富多彩,从而确保种群在复杂多变的环境中能得以延续。
可是如果性别增加到三个、四个,情况就变得复杂了。假设生物的性别有三种,那么势必出现下面三种可能性中的一种——
第一,必须集齐所有性别的个体才能繁殖,这样繁殖的难度就太大了,大自然如此严苛,要想完成组队没那么容易,这么玩很容易玩脱走向灭绝。
第二,AB、AC可以繁殖,BC不能繁殖。这样一来,本质上就成了A是一种性别,BC是另一种性别,于是还是回到了双性别体系。
第三,AB、BC、CA任意两两组合都可以繁殖。
对于机体复杂、有多个器官分化、生活史较长的多细胞生物(尤其是脊索动物和绿色开花植物)而言,要进化出一整套具有完整功能的三性别体系,是很麻烦的事情,涉及到生殖系统、内分泌系统的巨大改动。
任意两两组合进行繁殖,是保证了在保持基因交流下还能进行高效繁衍的绝佳做法。
多倍化期——兄弟别走了,大家通力合作,共抗外敌!
注:多倍化可以看做是本来要分家的兄弟家庭(4),最后不分家了。
在漫长的物种演化史中,出现了许许多多关乎物种灭亡的灭绝事件,如白垩纪—第三纪大灭绝等。
在极端环境下,植物为了适应环境发生多倍化;然而,多倍化后的后代的核型产生大量的紊乱,简单来说就是:新形成的多倍体后代染色体在减数分裂过程中常常不能正常配对,从而出现大量多价体与异常减数分裂,导致非整倍体的出现。
基因组适应期——为了稳固打下的江山,大家要各司其职,发挥所长~(势必一个二倍体基因组要亚基因组化:基因不表达或仅行使调控作用)
在这时候,染色体为了适应多倍化的状态,会产生大量的变异,这些变异,通常是对植物生长有利、抗胁迫的变异。
极端环境过后,生境趋于稳定,植物又回到了正常的环境。
在这时候,部分多倍化的植物基因组中有很多重复的基因,生物体显得较为臃肿,同时许多抵抗胁迫的机制变得不再需要,却同样要消耗植物的能量。
重复的基因便会开始变异,要么新功能化、要么亚功能化、要么变成假基因、要么直接确实丢掉。(群体遗传学家JBS Haldane提出假说:由于两套基因组的冗余效应,多倍化后物种的突变速率将会升高,从而有助于新物种的环境适应。)同时,多倍体的同源染色体形成的多价体染色体无法像二倍体中二价体那样稳定去联会,在减数分裂的过程中会很容易产生大量多价体、非整倍体等,没法稳定遗传。
二倍化期——为了社会稳定,长治久安,还是两个人好办事,兄弟你现在无组织无纪律可以退下了!(有利用价值的我还保留)
(但是,此时的X,已经不是曾经的X了,成为了一个缝合怪——新物种形成)
因此,新形成的多倍体要想稳定遗传下去,就必须经过一个细胞学二倍化的过程,新多倍体细胞学二倍化的过程就是确保同源染色体严格配对,在生物的演化过程中,染色体发生断裂、融合等,消除冗余基因并提高生物体营养的高效利用,进化出各种调控基因等来确保多倍体向二倍体稳定漂变。这种变化往往是快速的、非随机的、受复杂因素调控的,其结果是物种在基因组和表达水平上发生了剧烈的震荡。
而在这表面风平浪静而分子水平却在剧烈震荡情况下,多种多样的新物种应运而生,构成了这个千姿百态的世界。