进化的结果可预测么?

如果生命可以倒带,一切都可重来,那进化的结局是否会是另一个场景?哈佛进化生物学家Stephen Jay Gould曾提出过这个著名的思维实验。他认为进化结果不会重演,随机过程在生物多样性的起源中的角色太重要了,因而进化是不可预测的。Axel Meyer教授周围的康斯坦茨大学进化生物学家发现了尼加拉瓜火山口湖(Nicaraguan crater lakes)中两个近亲但地理上隔离的丽鱼(cichlid fish)种群的平行进化。它们相同的进化结果有力地证明,在相似的达尔文自然选择(Darwinian natural selection)压力下,物种会产生相似的适应性结果,这表明进化轨迹是有一些定数的。这一康斯坦茨大学的研究发现发表在Nature Communications上。

能够供人们研究进化重复性的情况微乎其微,因为自然界中,同一物种占据一个独立的空间环境的情况很是少见。Axel Meyer解释说:“沿着尼加拉瓜中美洲火山弧(Central American Volcanic Arc)分布的完全隔离的新火山口湖是研究平行进化(parallel evolution)的理想场所。几个火山口湖中居住着多个Midas丽鱼种群,它们都是由附近的尼加拉瓜大湖(great lakes of Nicaragua)中的古代种群独立发展而来。这种场景简直就像是个自然实验。”

在Apoyo和Xiloá两个火山口湖中,距今不到一万年前,Midas丽鱼就开始相互独立地进化。新种还出现了古代种群所没有的相同形态适应:生境中从浅浅的、混浊的水中转移到火山口湖又深又清澈的水中。Meyer解释说:“这两个火山口湖中Midas丽鱼的新种都进化出了细长的身体,这是它们远古湖中的祖先所没有的性状。”他的研究团队研究了这些鱼的形态学、生态学、种群遗传学以及演化模式。康斯坦茨大学的进化生物学家解释说:“这些丽鱼力证平行进化是经不同路径进行的。在类似的生境、相似的选择压力下,物种能进化出相似的表现型,但进化顺序不一定相同。”这说明,相似环境下的平行适应可能会通过自然选择而产生相同的进化结果,然而这种进化可以沿着不同的进化遗传路径进行。之所以做出这种判断是因为,在这两个火山口湖中,同种地方种都有着不同的进化路径。Axel Meyer说:“现在我们正在寻找造成这种平行适应的基因和突变。”

Axel Meyer总结道:“我们的研究显示,相似环境中复杂而又相似的表现型会通过不同的进化路线非常迅速地重复进化。这是Gould所提的那个‘倒带’问题的微进化示例,描述了两个进化路线不同但进化后相似的物种的进化。”

(译审:JY Chen)