生物能否进化出进化的能力?

一项新研究发现,自然选择在一个细菌物种中选择了灵活性。

事物能否进化以进化?好吧,这听起来像是励志书籍里的一句俗套话,但这里我说的是真正的生物进化。根据情况的不同,进化显然能够驱动诸如快速降温、伪装颜色或繁殖力等性状的发展。但美国一支生物学家团队开始思考,快速进化本身是否也是进化选择的性状。

研究团队发现,至少在微生物中,灵活性和“可进化性”确实是经过选择的。该团队表示,这项研究提供了这一现象的第一个直接证据。

包括宾夕法尼亚大学和肯塔基大学的生物学家在内的研究团队在《PLOS Pathogens》杂志上发表的论文中写道,进化驱动可进化性的想法“极具争议”。尽管许多快速进化的生物很成功,但进化会将其构建到生物体内似乎有些奇怪。毕竟,进化应该像你当地的算命先生一样对未来视而不见(抱歉,但就是这样)。自然选择会选择当下有用的性状。有时这些性状碰巧对后代以意想不到的方式有用,但在进化中没有主动为未来做准备的机制,而这正是可进化性所做的。

尽管如此,为了寻找自然选择作用于可进化性的实际证据,宾夕法尼亚州和肯塔基州的生物学家们研究了引起莱姆病的细菌——Borrelia burgdorferi

进化中没有主动为未来做准备的机制,而这正是可进化性所做的。

像所有传染性微生物一样,B. burgdorferi 会产生出现在其表面的蛋白质。为了对抗感染,免疫系统会学习识别这些蛋白质,附着在上面,然后杀死B. burgdorferi 细胞。作为反击,B. burgdorferi 有时会改变其表面蛋白质,这需要改变其 DNA。幸运的是,B. burgdorferi 细菌通常携带大量未使用的 DNA,称为盒式,这些盒式可以快速变成工作的 DNA,提供制造不同表面蛋白质的指令,使之无法被感染者的免疫系统识别。太狡猾了!

通过分析 12 种不同的B. burgdorferi 菌株,该团队发现了强烈的选择压力,促使细菌发展出多样化的未使用盒式,这将赋予它们更多样化的表面蛋白质。该团队写道,进化不需要能够预见未来来做到这一点。对这种性状的选择可能发生在活跃感染期间,当宿主免疫系统杀死可进化性较低的B. burgdorferi 时,或者通过繁殖,如果可进化性更高的B. burgdorferi 更有可能产生具有各种盒式的后代。

然而,该团队写道,这种情况很可能不会发生在动物、植物和真菌等生物体中。这些细胞的工作方式是,潜在的可进化性与对其生存至关重要的性状没有如此直接的联系。因此,至少对人类而言,“进化以进化”的想法将不得不留在励志书籍里。

 

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Francie Diep 是一位居住在加利福尼亚州圣巴巴拉的科学记者。除了《Popular Science》,她的作品还发表在《Scientific American》、《Smithsonian》及其他刊物上。她对基因、细胞、机器人、档案馆以及互联网上的奇特内容着迷。

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