目前在藥物實(shí)驗(yàn)中很多人用萊茵衣藻作為載體的原因是由于衣藻的全序列基因已經(jīng)測通,為啥不用其他藻做測序呢?因?yàn)榛ㄙM(fèi)很巨大,藻類的基因組序列是人的300倍?;蚪M序列多為什么還低等呢?這里要提到一個黑色皇后假說!
黑色皇后假說
“黑色皇后假說”:不同的物種爭相“墮落”,盡可能擺脫那些代價高昂的生理功能——生物不是越來越復(fù)雜,而是越來越簡單。
原綠球藻屬(Prochlorococcus sp.)的細(xì)菌,是這世界上最柔弱的生物之一。如果讓這些微生物自力更生,恐怕它們連保住小命都困難。這看起來非常不可思議,因?yàn)樗鼈兛墒鞘郎蠑?shù)量最多的光合生物。
在漫長的演化過程中,這些細(xì)菌顯然一副 “成功人士” 的樣子。它們慢慢地失去了分解過氧化氫(H2O2 )等有毒物質(zhì)的能力,讓別的生物替自己做這些 “粗活兒” 。這樣的種間關(guān)系在自然界中非常普遍,但我們有時候搞不清楚這些關(guān)系最早是如何形成的?,F(xiàn)在,研究者提出了一種新的演化理論,幫助解釋這種依賴性是如何形成的。他們把這個理論稱為 “黑色皇后假說”(The Black Queen Hypothesis),而這個理論本身就跟它的名字一樣,非常巧妙。
演化理論
黑色皇后 vs. 紅色皇后
對很多人來說,演化意味著生物的復(fù)雜性越來越高,但自然界里有很多生物其實(shí)并不按照這個套路出牌,它們越演化生物復(fù)雜性便越低??茖W(xué)家把這種現(xiàn)象稱為 “退行性演化”。
退行性演化的現(xiàn)象常常能在寄生生物中觀察到。比如,在你身體里面扭來扭去的絳蟲。它靠皮膚吸收生存所需的全部營養(yǎng)物質(zhì),根本不需要消化道。畢竟,保留一個非必需的生理功能,所需的能量成本是很高的。對絳蟲來說,把消化道統(tǒng)統(tǒng)扔掉,絕對是百利而無一害。
在各種寄生細(xì)菌中,你也可以觀察到類似的演化過程,假如周圍有寄主能處理一些 “生活瑣事”,這些細(xì)菌便會把這些代謝功能和它們體內(nèi)的相關(guān)基因統(tǒng)統(tǒng)丟棄。導(dǎo)致這種退行性演化的最常見的原因,是生物學(xué)家所說的 “遺傳漂變”。所謂遺傳漂變,就是由于一個物種中的部分生物與其它同類相隔絕,且個體數(shù)量很少,造成這個種群中的隨機(jī)遺傳突變的頻率升高。
寄生生活的兩個特征,正是與世隔絕和個體數(shù)量少。但是,生物學(xué)家明確地將原綠球藻屬的生物劃為自養(yǎng)細(xì)菌,這意味著它們跟寄生一點(diǎn)邊兒都不沾。那么,這些細(xì)菌的生存,究竟是如何變得這樣依賴其它微生物呢?
這個問題的答案,就在生物學(xué)家杰夫·莫里斯(Jeff Morris)提出的 “黑色皇后假說” 中。他和同事在最新一期的《微生物》中,詳細(xì)解釋了這個新奇進(jìn)化理論背后的邏輯。
“黑色皇后假說”中的黑色皇后,指的是撲克游戲中的一張牌,也就是紅心大戰(zhàn)中的黑桃 Q。這個游戲的目的是盡量少得分。然而,黑桃 Q 這一張牌的分?jǐn)?shù),與其他所有牌的總分相同,因此,在紅心大戰(zhàn)中取勝的關(guān)鍵是不要得到這張牌?;氐缴镅莼蟻?。黑色皇后假說將某些基因,或者更籠統(tǒng)地說, 將某些生理功能,類比為黑桃皇后這張牌。維持這些生理功能會消耗很多能量, 因而生物并不傾向于保留它們,這導(dǎo)致廢棄這類功能的生物在自然選擇中具有優(yōu)勢。同時, 這類功能也得有一個不可或缺的作用——公共利益, 它能迫使群體中至少有一小搓個體,將此功能保留下來。畢竟,缺了黑桃皇后這張牌,紅心大戰(zhàn)也玩不起來。我們再來看原綠球藻屬的這個故事。維持整個種群生存的那些個體,提供的 “公共利益” 就是分解有毒的過氧化氫(H2O2 )。生物學(xué)家把這個叫做 “漏” 遺傳功能——保留了這個生物學(xué)功能的個體,能讓周圍的任何生物都從中獲益。
黑色皇后假說所導(dǎo)致的結(jié)果,聽起來跟上文提到的寄生關(guān)系非常相似,這沒什么好奇怪的,那是因?yàn)樗鼈儽緛聿顒e就不大。不過二者還是有兩點(diǎn)重要的不同之處:
黑色皇后假說中,退行性演化并不是由遺傳漂變(也就是偶然事件)導(dǎo)致的,而是自然選擇的結(jié)果。只要失去一個基因的利(這個利是由周圍的其它“漏”生物帶來的)大于弊,這個基因的丟失會繼續(xù)在整個種群中擴(kuò)散。
黑色皇后假說絲毫沒有表明,保留了 “漏” 遺傳功能的生物自身適合度下降。但在寄生生物與寄主的關(guān)系中,寄主的適合度顯然是下降了。
這兩點(diǎn)是微妙卻十分重要的差異。大多數(shù)人對寄生的概念并不陌生,寄生關(guān)系中,寄生者受益而寄主受害。很多人也熟悉共生的概念,在共生關(guān)系里,不同的兩種生物均能從中獲益。寄生和共生都是種間關(guān)系的一種形式。(人們對其他的種間關(guān)系并不熟悉,比如共棲,即兩種共居的生物中,一方受益,另一方也受益或不受傷害。)
莫里斯解釋說,真正的問題在于,不同形式的種間關(guān)系到底是怎么出現(xiàn)的。他說,黑色皇后假說的意義不在于描述一種形式的種間關(guān)系,其意義在于解釋這些關(guān)系是如何演化的:
像 “紅色皇后假說”(紅色皇后假說,闡述了捕食者與獵物、寄主與寄生生物之間,雙方如何進(jìn)行 “軍備競賽”)一樣, 黑色皇后假說可以導(dǎo)致 3 種主要種間關(guān)系類型中的任何一個,即寄生、 共棲和互利共生。 種間關(guān)系最終會演變?yōu)槠渲械哪囊环N,完全取決于生物生長和相互影響的具體情況。 二者之間的區(qū)別在于,紅色皇后假說的重點(diǎn), 是解釋一種 “主動” 的演化,你可以將這個過程想象為,不同物種競相獲得能讓自己勝過競爭者或捕食者的能力。相較而言,黑色皇后假說講述的是一個被動得多的過程?!安煌奈锓N爭相 ‘墮落’,它們都盡可能多地?cái)[脫那些代價高昂的生理功能?!蹦锼拐f。
“黑色皇后假說里盡是些反其 ‘道’ 而為之的事——摒棄復(fù)雜性。人們通常覺得,生物是在進(jìn)化的,而身體越來越簡單顯然是與此相反的退化?!?/div>