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Science封面文章:进化过程是否可以重来?

作者: 来源: 2017-11-23 我要评论( )

Science封面文章:进化过程是否可以重来? 如果时光倒流,地球上的生物是否还会按照同样的路径进化呢?这是生物学领域一个老生常谈的问题,现在小小的竹节虫为我们找到了答案。研

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如果时光倒流,地球上的生物是否还会按照同样的路径进化呢?这是生物学领域一个老生常谈的问题,现在小小的竹节虫为我们找到了答案。研究人员发现,尽管不同群体的竹节虫演化出了相似的外形,但塑造这种外形的DNA改变并不相同。“我认为,这意味着进化路径的可重复性非常低,”McGill大学的进化生物学家Andrew Hendry评论道,他没有参与这项研究。


此前曾有一些研究提出,在面对同样的环境条件时,生物以相同的方式进化。举例来说,当末次冰期结束之后,生活在海洋中的棘鱼大量侵入了淡水湖泊和河流,它们很快都变得更为光滑,身上的盔甲也变得更少。还有科学家研究了基因“平行进化”导致的行为或特征变化,他们发现不同的昆虫可以通过改变同样的DNA,帮助自己以毒性植物为食。


不过,也有许多研究者对上述理论提出了质疑。他们认为这些例子都属于特殊情况,进化实际上是无法预测的,因为有太多的偶发事件可能使其偏离轨道。


为此,英国谢菲尔德大学的进化生物学家Patrik Nosil对一种名为Timema cristinae的竹节虫进行了研究。在加州的许多地方,山坡上的这种竹节虫都分为两种生态型。一种体型比较宽,生活在阔叶植物上;另一种体型比较窄,生活在一种窄叶植物上。Nosil和同事对来自多个山坡的不同生态型个体进行了测序,评估了那些与宿主适应性有关的基因差异。这项研究的成果登上了本期Science杂志的封面。


研究人员发现,不同生态型之间存在大量的基因差异。令人惊讶的是,虽然来自不同地区的竹节虫看起来相同,但只有17%的DNA以相同的方式改变。这说明,尽管某些适应性的基因进化可以预测,但大多数这样的改变是随机的。


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随后,Nosil的研究团队将数百只竹节虫放到它们并不适应的植物上,并在一年后收集它们的后代。研究人员检测了这些后代的DNA变异情况,并将其与亲本进行比较。研究显示,竹节虫基因发生的改变与生存优势有关,赋予昆虫在新宿主上繁衍后代的能力。许多这样的改变符合不同生态型之间的DNA差异,说明它们是自然选择的结果,并不是什么巧合。


“他们深入到基因组,找到了平行进化的更多线索,”牛津大学的种群生物学家Tim Coulson说。这项研究有利于人们进一步理解进化的分子基础。

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