进化是随机的,这几乎是人们长期以来对它最深入骨髓的印象。
然而一项新研究正在动摇这个直觉。发表于《PLOS Biology》的这项成果由约克大学与英国韦尔科姆桑格研究所联合主导,研究团队发现,南美洲雨林中几种亲缘关系相距甚远的蝴蝶和蛾类,在超过1.2亿年的演化历程中,反复调用了完全相同的两个基因来产生几乎一模一样的翅膀花纹。
这不是巧合,这是进化在遇到同一道题时,不约而同选了同一个答案。
故事从南美热带雨林里的一场视觉欺骗开始。
研究对象是一类依靠拟态生存的蛾类和蝴蝶,它们的翅膀上布满了鲜艳的橙色、黑色和白色图案,而这些图案向天敌传递着一个清晰的信号:我有毒,别吃我。这种警戒色策略被称为"缪勒拟态",越多物种共享同一套警告图案,捕食者学会回避的速度就越快,所有参与者都能因此受益。
研究团队对七个蝴蝶谱系和一种昼行性蛾类进行了基因组分析,这些物种的共同祖先最早可以追溯到1.2亿年前,也就是恐龙还在地球上漫步的白垩纪早期。令研究者着迷的是:尽管这些物种在遗传上相距如此遥远,它们翅膀上的花纹却极为相似,仿佛出自同一张设计图。
深入基因组后,谜底浮现了:这些物种反复依赖的,是同一对基因,ivory和optix。
更关键的发现在于,产生变化的并非基因本身的序列,而是基因上游的调控区域,那些决定基因何时开启、在哪里表达的"开关"。研究还发现,其中一种蛾类采用了一段DNA发生方向翻转的倒位机制,而这与另一种亲缘关系遥远的蝴蝶所使用的遗传策略几乎如出一辙。
换句话说,不同的物种,在相隔数千万年的独立演化旅途中,走到了同一条基因小路上,并以近乎雷同的方式拨动了同一个开关。
约克大学生物系的坎琼·达斯马哈帕特拉教授将这一发现的意义直接点破:趋同进化在生命之树上并不罕见,但能够追踪到其背后共同遗传机制的机会极为难得。这次,研究团队不只是看到了表面上的相似,而是找到了驱动这种相似的分子层面的可重复逻辑。
韦尔科姆桑格研究所的乔安娜·迈尔教授进一步解释了这套基因被反复征用的原因:对于有毒的蝴蝶和蛾类而言,和其他已知有毒物种"撞衫"是一种生存优势,因为已经学会回避某种花纹的捕食者,会自动对相同图案的其他物种也敬而远之。这种选择压力极强,以至于在1.2亿年的漫长时光里,自然选择一次又一次地推着不同物种走向同一套遗传解决方案。
这项研究真正的冲击力,在于它对进化论根本逻辑的修正。传统观念认为,进化依赖随机突变,充满偶然性,可重复性极低。而这次的结果显示,至少在某些情境下,进化更像是在解一道有标准答案的题,只要选择压力相似,不同的物种就会收敛到相同的遗传路径上。
这一发现对预测物种如何响应环境变化具有实际价值。气候变化正在以前所未有的速度改变生态系统的选择压力,如果进化存在可重复的遗传路径,科学家就有可能在物种改变之前,预判它们将如何改变。
自然界最古老的"复制粘贴",跨越了1.2亿年,依然有效。
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