基因組測(cè)序挑戰(zhàn)由來(lái)已久的進(jìn)化理論

2016年08月27日訊 在Lewis Carroll寫的《愛麗絲魔鏡之旅》（Through the Looking-Glass）這本書中，紅皇后向愛麗絲解釋說(shuō)：“你必須盡力地不停奔跑，才能使你保持在原地?！庇弥袊?guó)話說(shuō)就是“逆水行舟，不進(jìn)則退”。在逆水中要保持在原來(lái)的地方，也要不停地盡力地劃?；蛘吒蜗蟮乇扔鳛轸~兒在急流中逆水而游，它們盡力地游才能不被水沖走，但要越過(guò)淺灘或暗礁，則要跳躍。

進(jìn)化生物學(xué)家Leigh Van Valen于1973年借用紅皇后頗有禪意的回答提出了紅皇后假說(shuō)，恰如其分地描繪了自然界中激烈的生存競(jìng)爭(zhēng)法則：不進(jìn)即是倒退，停滯等于滅亡。種間關(guān)系的牽制作用使得物種要獲得顯著的進(jìn)化改變相當(dāng)困難，這是因?yàn)樵谏鷳B(tài)系統(tǒng)中物種的進(jìn)化是相互制約的，物種都在進(jìn)化。從短期來(lái)看，只要跟得上就能生存下去。但從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，一個(gè)物種要在生態(tài)系統(tǒng)中獲得有利地位就要比別的物種跑得更快。一個(gè)物種若具有較大的進(jìn)化潛力，就等于在進(jìn)化賽跑中有超常的速度與耐力。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，競(jìng)爭(zhēng)的勝利者不是看當(dāng)前的適應(yīng)，而是看能否獲得超出其他物種的進(jìn)化能力。競(jìng)爭(zhēng)的勝利者是那些獲得超出其他物種的進(jìn)化能力的。當(dāng)前的適應(yīng)并不能保證未來(lái)的成功，具有大的進(jìn)化潛力的物種才能獲得長(zhǎng)遠(yuǎn)的成功。

兔子需要奔跑來(lái)避免被狐貍獵殺，而狐貍為了避免饑餓則需要捕捉兔子。自2003年以來(lái)統(tǒng)計(jì)模型也提出了相反的紅王理論（Red King Theory）。如果兩種共生生物--即，一種生物從另一種生物的活動(dòng)受益，它們應(yīng)該以較慢的速度進(jìn)化，以免打擾它們的共生伙伴關(guān)系。這很有道理，對(duì)嗎？請(qǐng)?jiān)傧胂耄〗谠凇禢ature Communications》發(fā)表的一項(xiàng)研究中，比較基因組學(xué)分析表明，事實(shí)上情況可能是完全相反的。點(diǎn)擊閱讀更多進(jìn)化生物學(xué)研究：PNAS破解新物種進(jìn)化的難題；Nature揭示生命進(jìn)化最重要的里程碑；Science新刊：解開蛇的長(zhǎng)期進(jìn)化謎題。

來(lái)自芝加哥大學(xué)和菲爾德自然史博物館的博士生、目前是普林斯頓大學(xué)博士后的Benjamin Rubin博士指出：“我們最初想揭開螞蟻互惠行為的遺傳基礎(chǔ)。所以，我們對(duì)三個(gè)植物-螞蟻共生物種及其四個(gè)近緣的、非共生的物種進(jìn)行了基因組測(cè)序。我們驚訝的發(fā)現(xiàn)，與泛化種（generalists，對(duì)食物、生境等適應(yīng)范圍寬的物種）相比，共生生物整個(gè)基因組的進(jìn)化速率更高。”

具體而言，處于顯著壓力下的基因，是有助于神經(jīng)發(fā)生和肌肉活動(dòng)的基因--確切地說(shuō)，是你可能期望發(fā)現(xiàn)的基因。神經(jīng)源性基因與行為聯(lián)系在一起，而肌肉激活基因可能有助于螞蟻通過(guò)增加活動(dòng)和速度來(lái)保護(hù)它們的寄主植物。

這項(xiàng)研究與過(guò)去十年科學(xué)界支持的紅王理論，有著驚人的反差。然而，自2003年以來(lái)，在科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域已經(jīng)取得了許多進(jìn)展。曾經(jīng)，全基因組測(cè)序需要科學(xué)家花費(fèi)幾年的時(shí)間來(lái)完成，但是現(xiàn)在，這個(gè)過(guò)程可以在幾天內(nèi)由兩三個(gè)研究人員完成。這些進(jìn)步使得科學(xué)家們重新審視這樣的理論，并提供證據(jù)支持或反駁他們的原始結(jié)論。

那么，為什么共生生物與它們的泛化種相比，有著更高的進(jìn)化速率呢？盡管這個(gè)問(wèn)題值得進(jìn)一步研究，但是菲爾德博物館館長(zhǎng)和Corrie Moreau教授得出一個(gè)初步的解釋：“就像所有的生物一樣，共生生物需要不斷適應(yīng)環(huán)境，才能確保生存。然而，它們也有一個(gè)額外的任務(wù)，即在這種相互關(guān)系中進(jìn)化。隨著時(shí)間的推移，許多物種在共生、寄生之間切換。即使共生是一種代價(jià)很高的關(guān)系，如果它不再是有利的，進(jìn)化也會(huì)選擇反對(duì)它。所有這些可能的因素，都會(huì)加速這些物種之間的進(jìn)化速度?！?/p>

然而，關(guān)于DNA和基因組進(jìn)化仍然有許多的問(wèn)題。有助于增加共生生物之間進(jìn)化速率的所有因素是什么？在其他共生關(guān)系中的遺傳適應(yīng)性看起來(lái)像什么？雖然我們還沒有所有的答案，但是這項(xiàng)研究提供了一個(gè)重要的框架，開始一個(gè)新的疑問(wèn)線索。

然而，明確的一點(diǎn)是，這項(xiàng)研究已經(jīng)在科學(xué)的棋盤上移動(dòng)了一塊棋子，盯著紅王理論，并自信地宣稱：“將死！”

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