进化生物学家探索历史在进化中的作用

如何预测进化？生物学家一直在争论历史对进化重复性的影响程度。

11月9日发表在《科学》杂志上的一篇评论非常详细地讨论了进化可预测性的复杂性。其中，来自肯尼亚学院、密歇根州立大学和圣路易斯华盛顿大学的研究人员仔细研究了大量关于进化的重复性和偶然性的实证研究证据，以充分质疑偶然性在进化中的作用。

进化论的可预测性显然是由已故古生物学家史蒂芬杰古尔德提出的，他在1989年的著作《奇妙的生活》中主张进化是偶然的、不可复制的。“把带子重复一百万遍.我怀疑像智人这样的东西会不会再次发展，”古尔德若有所思地指出，不可能“重播磁带”并给历史带来重建。自《奇妙的生活》出版以来，许多进化生物学家接受了这一挑战，并开展了他们自己版本的古尔德实验，尽管规模很小。在这样做的过程中，他们对突变的随机性、偶然历史事件之间的相互作用以及自然选择给出的方向得出了不同的结论。

“历史是如何运作的，并不是真的可以预测。历史依赖于充满微小细节的长链事件。一名联邦士兵发现了一堆裹着联邦军行军令的雪茄，这导致了安提坦战役和林肯的解放宣言。如果那些雪茄没有被丢弃，或者没有被联盟士兵发现怎么办？进化也是类似的，因为它会长期发挥作用。一个长期的、独特的事件链包含了很多机会。与历史不同，进化具有自然选择的决定性力量，但决定论始终处于紧张状态。这种紧张关系如何影响进化的事物？哪个更重要：处理历史细节，还是肯定？”密歇根大学高级研究员、肯扬学院生物学助理教授扎卡里布朗特说，他是这篇评论的主要作者。

布朗特参与了MSU微生物生态学杰出教授理查德连斯基和圣路易斯华盛顿大学威廉丹福思大学杰出教授乔纳森洛斯的工作。

“重播生活乐队的想法——有一个新的开始——是几乎每个人在自己的生活中都想到的事情。这是生物学家长期以来一直感兴趣的事情，但在地球生命史上的大范围内，”伦斯基说。“自从古尔德引入再现生命视频的隐喻以来，许多研究试图描述进化的可重复性。我们的评论表明，没有简单的答案：有时进化会产生惊人相似的解决方案，而在其他时候，发展中的血统会在相同的情况下走完全不同的道路。我认为这是进化的魅力和美丽的一部分。它产生了预期和意外，也许是在我们的个人生活中，但规模更大。”

古尔德的思想实验仍然引起了激烈的争论，部分原因是古尔德在如何描述他的重演隐喻时引入了不一致，混淆了偶然性的概念。古尔德经常混淆“偶然性”的两个常见含义：依赖其他事物和意外。

洛索斯说：“关于古尔德的想法，有很多不同的文件，这些文件不会相互对话。“还有微生物进化研究。所有关于收敛进化的研究，还是缺乏收敛进化。还有一份关于古尔德所说的“重放磁带”的哲学文件。也就是说，更一般地说，当你谈论事故的作用时——这是古尔德使用的术语——它到底意味着什么？”

他们对现有实证研究的回顾主要集中在三类“重放研究”:快速进化生物的实验室进化实验；在自然界中进行的实验；将相似条件下的进化谱系与自然实验进行比较。综合分析揭示了进化变化的复杂图景，其中偶然性和决定论是显而易见的。

布朗特、连斯基和洛斯研究了许多不同类型的实验室实验，包括平行重放实验和分析重放实验，在平行重放实验中，相同的生物种群在相同的条件下分别进化，在分析重放实验中，样品从平行重放实验中冷冻，然后从不同的时间点复活并重新进化。这篇综述包括由连斯基于1988年开始的大肠杆菌(LTEE)的长期进化实验。LTEE已经追踪了12个大肠杆菌种群，它们是由一个克隆构建的，有超过70，000代。每个种群的样本每500代冷冻一次，这使得研究人员能够直接将不断变化的细菌与其祖先进行比较。

布朗特、连斯基和洛斯还研究了试图在自然环境中复制进化的实验。到目前为止，这样的实验只有少数，他们对这些实验的回顾表明，它们在对不同历史条件的进化反应中是高度可重复的。

他们对“自然实验”比较研究的回顾进一步澄清了进化可预测性的证据。类似的特征可以在许多物种中独立进化——例如，加勒比海的蜥蜴，它们进化出了腿和尾巴的长度等特征，以缓解它们在特定栖息地的生活。然而，正如他们的评论所示，进化的趋同并不总是如此。事故可能在各种特征的不同演变中发挥重要作用。

洛索斯说：“我们清楚地看到，在自然界中，趋同和缺乏趋同的情况会发生很多。

说。“仅仅继续添加到两个列表中是没有用的。人们现在转向的真正问题是：为什么有时会出现融合而不是其他人呢?这就是现在研究的目标。这是我们需要关注的问题。 “

他们的审查部分得到了国家科学基金会，BEACON行动演变研究中心，密歇根州立大学和哈佛大学的资助。