進化生物學(xué)家探索歷史在進化中的作用

如何預(yù)測進化？生物學(xué)家一直在爭論歷史對進化重復(fù)性的影響程度。

11月9日發(fā)表在《科學(xué)》雜志上的一篇評論非常詳細(xì)地討論了進化可預(yù)測性的復(fù)雜性。其中，來自肯尼亞學(xué)院、密歇根州立大學(xué)和圣路易斯華盛頓大學(xué)的研究人員仔細(xì)研究了大量關(guān)于進化的重復(fù)性和偶然性的實證研究證據(jù)，以充分質(zhì)疑偶然性在進化中的作用。

進化論的可預(yù)測性顯然是由已故古生物學(xué)家史蒂芬杰古爾德提出的，他在1989年的著作《奇妙的生活》中主張進化是偶然的、不可復(fù)制的。“把帶子重復(fù)一百萬遍.我懷疑像智人這樣的東西會不會再次發(fā)展，”古爾德若有所思地指出，不可能“重播磁帶”并給歷史帶來重建。自《奇妙的生活》出版以來，許多進化生物學(xué)家接受了這一挑戰(zhàn)，并開展了他們自己版本的古爾德實驗，盡管規(guī)模很小。在這樣做的過程中，他們對突變的隨機性、偶然歷史事件之間的相互作用以及自然選擇給出的方向得出了不同的結(jié)論。

“歷史是如何運作的，并不是真的可以預(yù)測。歷史依賴于充滿微小細(xì)節(jié)的長鏈?zhǔn)录?。一名?lián)邦士兵發(fā)現(xiàn)了一堆裹著聯(lián)邦軍行軍令的雪茄，這導(dǎo)致了安提坦戰(zhàn)役和林肯的解放宣言。如果那些雪茄沒有被丟棄，或者沒有被聯(lián)盟士兵發(fā)現(xiàn)怎么辦？進化也是類似的，因為它會長期發(fā)揮作用。一個長期的、獨特的事件鏈包含了很多機會。與歷史不同，進化具有自然選擇的決定性力量，但決定論始終處于緊張狀態(tài)。這種緊張關(guān)系如何影響進化的事物？哪個更重要：處理歷史細(xì)節(jié)，還是肯定？”密歇根大學(xué)高級研究員、肯揚學(xué)院生物學(xué)助理教授扎卡里布朗特說，他是這篇評論的主要作者。

布朗特參與了MSU微生物生態(tài)學(xué)杰出教授理查德連斯基和圣路易斯華盛頓大學(xué)威廉丹福思大學(xué)杰出教授喬納森洛斯的工作。

“重播生活樂隊的想法——有一個新的開始——是幾乎每個人在自己的生活中都想到的事情。這是生物學(xué)家長期以來一直感興趣的事情，但在地球生命史上的大范圍內(nèi)，”倫斯基說。“自從古爾德引入再現(xiàn)生命視頻的隱喻以來，許多研究試圖描述進化的可重復(fù)性。我們的評論表明，沒有簡單的答案：有時進化會產(chǎn)生驚人相似的解決方案，而在其他時候，發(fā)展中的血統(tǒng)會在相同的情況下走完全不同的道路。我認(rèn)為這是進化的魅力和美麗的一部分。它產(chǎn)生了預(yù)期和意外，也許是在我們的個人生活中，但規(guī)模更大?！?

古爾德的思想實驗仍然引起了激烈的爭論，部分原因是古爾德在如何描述他的重演隱喻時引入了不一致，混淆了偶然性的概念。古爾德經(jīng)?；煜芭既恍浴钡膬蓚€常見含義：依賴其他事物和意外。

洛索斯說：“關(guān)于古爾德的想法，有很多不同的文件，這些文件不會相互對話?！斑€有微生物進化研究。所有關(guān)于收斂進化的研究，還是缺乏收斂進化。還有一份關(guān)于古爾德所說的“重放磁帶”的哲學(xué)文件。也就是說，更一般地說，當(dāng)你談?wù)撌鹿实淖饔脮r——這是古爾德使用的術(shù)語——它到底意味著什么？”

他們對現(xiàn)有實證研究的回顧主要集中在三類“重放研究”:快速進化生物的實驗室進化實驗；在自然界中進行的實驗；將相似條件下的進化譜系與自然實驗進行比較。綜合分析揭示了進化變化的復(fù)雜圖景，其中偶然性和決定論是顯而易見的。

布朗特、連斯基和洛斯研究了許多不同類型的實驗室實驗，包括平行重放實驗和分析重放實驗，在平行重放實驗中，相同的生物種群在相同的條件下分別進化，在分析重放實驗中，樣品從平行重放實驗中冷凍，然后從不同的時間點復(fù)活并重新進化。這篇綜述包括由連斯基于1988年開始的大腸桿菌(LTEE)的長期進化實驗。LTEE已經(jīng)追蹤了12個大腸桿菌種群，它們是由一個克隆構(gòu)建的，有超過70，000代。每個種群的樣本每500代冷凍一次，這使得研究人員能夠直接將不斷變化的細(xì)菌與其祖先進行比較。

布朗特、連斯基和洛斯還研究了試圖在自然環(huán)境中復(fù)制進化的實驗。到目前為止，這樣的實驗只有少數(shù)，他們對這些實驗的回顧表明，它們在對不同歷史條件的進化反應(yīng)中是高度可重復(fù)的。

他們對“自然實驗”比較研究的回顧進一步澄清了進化可預(yù)測性的證據(jù)。類似的特征可以在許多物種中獨立進化——例如，加勒比海的蜥蜴，它們進化出了腿和尾巴的長度等特征，以緩解它們在特定棲息地的生活。然而，正如他們的評論所示，進化的趨同并不總是如此。事故可能在各種特征的不同演變中發(fā)揮重要作用。

洛索斯說：“我們清楚地看到，在自然界中，趨同和缺乏趨同的情況會發(fā)生很多。

說。“僅僅繼續(xù)添加到兩個列表中是沒有用的。人們現(xiàn)在轉(zhuǎn)向的真正問題是：為什么有時會出現(xiàn)融合而不是其他人呢?這就是現(xiàn)在研究的目標(biāo)。這是我們需要關(guān)注的問題。 “

他們的審查部分得到了國家科學(xué)基金會，BEACON行動演變研究中心，密歇根州立大學(xué)和哈佛大學(xué)的資助。