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为什么有性别之分 为什么人类不能只有一个性别

核心提示：来源：科研圈公众号图片来源：quantamagazine.org作者 Pradeep Mutalik翻译 刘思婕审校 魏潇 金庄维编者注：本文探讨的“性别”仅指生殖意义上的性别，不涉及...
来源：科研圈公众号
图片来源：quantamagazine.org作者 Pradeep Mutalik
翻译 刘思婕
审校 魏潇 金庄维
编者注：本文探讨的“性别”仅指生殖意义上的性别，不涉及除此之外的任何含义 。
为什么世界上大多数的高等脊椎动物只拥有两种性别？
关于这个问题，《量子杂志》（Quanta Magazine）在今年7月的“每月谜题”上向大家征集答案 。拥有三种性别的变色龙如何才能避免性别单一化的悲剧？地球上所有人的手指头数目的乘积是多少？有性繁殖和无性繁殖的蜥蜴谁会更快灭亡？这些问题都可以用数学推导和统计学思想来解答——对于世界上大多数动物来说，不仅第三种性别难以存在，无性繁殖也存在致命缺陷 。接下来，就让我们去看看那些变色龙、手指头和蜥蜴是怎么搞事情的吧！
第 1 问
假设不久前，人们发现了首例拥有三种性别的物种，一种来自美国西南部的变色龙 。我们就叫它“美洲爱国者变色龙（Chamaeleoamericanuspatrioticus）”吧 。成年的爱国者变色龙的身体分别呈现出红色、白色和蓝色 3 种颜色，每一种颜色都对应一种性别 。不过这种变色龙在身体颜色发生改变时，它们的性别也会随之改变 。确切来讲，当两条不同颜色（性别）的变色龙相遇时，它们通常会双双变成第三种颜色（性别），如下图所示 。变色龙们保持着新的体色，直到遇到另一位和自己颜色不同的小伙伴 。就效果而言，体色的改变就像脸红一样代表了一种信号——“人家现在不想要啦！”这种变色发生得相当频繁，两只不同颜色的变色龙个体可能要发生成千上百次变色，才会熟络起来，并且愿意和对方成为伴侣进行交配 。让动物行为学家们担心的是，这样的行为会带来一个致命的问题：还没来得及繁殖呢，整个种族的性别就被单一化了 。
当两条不同颜色（性别）的变色龙相遇时，它们都会变成第三种颜色（性别）
如果这种变色机制导致所有的变色龙都成了同一个颜色（性别），那就大事不妙了——性别相同的个体是无法交配繁衍的 。性别单一化与否的关键在于，这个族群里一开始存在多少不同颜色的个体 。根据初始数量的不同，有一些族群迟早会被单一化，而有一些则永远不会 。你能预测出下面哪一个族群会出现颜色（性别）单一化的情况么？如果能，又是通过怎样的办法呢？大家可以来动手算一算 。
I 组：8 只红色，5 只白色和 14 只蓝色的变色龙；
II 组：9 只红色，10 只白色和 16 只蓝色的变色龙；
以及 III 组：7 只红色，6 只白色和 50 只蓝色变色龙 。
算完以后，你能总结出一开始需要各有多少种不同颜色的个体，才能防止种族颜色（性别）单一化的规律么？
[解答]
没错，这里的确有一个非常巧妙的规律：当每种颜色（性别）的个体数目除以 3，得到的余数各不相同时，性别单一化便不会发生 。用数学术语表达就是，这三种颜色（性别）的个体数目在对 3 取模时必须得到不同的模数，这样一来就形成了一个完整的模数集合：0、1、2（注：对于正整数而言，a 对 b 取模得到的模数就是a除以b的余数，与取余运算一致） 。我们可以把这理解为奇偶性（parity）的概念的拓展 。奇偶性将整数分为奇数和偶数两大类，而存在三种性别的情况下，我们需要将变色龙个体的数量值分为三类：除以 3 余 1（P1），除以 3 余 2（P2）和能被 3 整除（P3） 。正确的答案是这样的：只有当变色龙族群里不同性别的个体数量值分别属于 P1，P2 和 P3 时，性别单一化才能得到避免 。换句话说，如果达不到这个条件，整个族群无论如何都会变成同一种性别 。让我们来一起看看证明吧 。
首先来考虑不可能发生性别单一化的情况：假设这个族群中每一种性别的数目分别属于 P1，P2 和 P3 。那么，任意一次颜色变换都会使其中两种性别的个体数目减少 1，而第三种性别的个体数目增加 2。注意：在对 3 取模的运算中，+2 的效果等同于 -1！所以，无论发生多少次颜色变化，这三种性别的个体数目所属的类别都不会发生改变，也就是说，每种性别的数量值仍然分别属于 P1，P2 和 P3 。而若是想要达到性别单一化，你必须让两种性别消失，这样一来，它们对应个体数目都将属于 P3，这在当前的条件下显然是不可能的 。所以，任何符合这一前提假设的数字组合都无法导致性别单一化 。


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