演化生物學(xué)激動(dòng)人心的時(shí)刻

有人認(rèn)為，自生物演化理論提出后，該領(lǐng)域最重大的問(wèn)題始終沒(méi)有改變。這種說(shuō)法有一定道理，但在過(guò)去十年左右的時(shí)間里，人們對(duì)于這些基本問(wèn)題的回答，以及將相關(guān)結(jié)論應(yīng)用至不同領(lǐng)域方面的努力，都已取得巨大進(jìn)展。這些進(jìn)步很大程度上得益于技術(shù)發(fā)展。更先進(jìn)的技術(shù)和新的分析方法使幾乎所有物種的組學(xué)數(shù)據(jù)都可生成。本文圍繞領(lǐng)域內(nèi)一些激動(dòng)人心的進(jìn)展展開(kāi)述評(píng)。

關(guān)于生物演化，一個(gè)存在已久的問(wèn)題是個(gè)體如何適應(yīng)環(huán)境?；卮疬@個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題需要了解生態(tài)相關(guān)性狀背后的遺傳和演化機(jī)制。通過(guò)將同一物種或相關(guān)物種下多個(gè)個(gè)體的基因組測(cè)序數(shù)據(jù)與群體遺傳學(xué)方法的新進(jìn)展相結(jié)合，可以揭示有趣的趨勢(shì)。對(duì)多種分類(lèi)群的研究表明，雜交和基因滲入在環(huán)境適應(yīng)中起到重要作用，例如袖蝶翅膀上形成的擬態(tài)圖案或北非狐貍對(duì)沙漠生活的適應(yīng)。染色體重排也可以促成生態(tài)相關(guān)性狀，例如向日葵、大西洋鱈魚(yú)和鼢鼠的案例。盡管人們已經(jīng)利用基因組學(xué)方法來(lái)識(shí)別與生態(tài)相關(guān)的表型關(guān)聯(lián)的基因（甚至是突變），例如巖小囊鼠、椒花蛾和猴面花的色素沉著，或是刺魚(yú)的骨骼特征，但我們也知道，基因表達(dá)的調(diào)控在促進(jìn)適應(yīng)和分化上也發(fā)揮作用。

長(zhǎng)期以來(lái)，演化生物學(xué)家一直在宏觀演化的尺度上嘗試?yán)斫猓承┭莼Ρ攘硪恍┭莼Ω鄻踊脑?。最近開(kāi)發(fā)的基于系統(tǒng)基因組學(xué)的比較方法揭示了生物多樣性的長(zhǎng)期變化。具體案例包括熱帶四足動(dòng)物物種的形成、滅絕和擴(kuò)散如何促進(jìn)其物種輻射；生態(tài)形態(tài)多樣化如何影響蜥蜴和蛇的長(zhǎng)期多樣性；在脊椎動(dòng)物的宏觀演化尺度上，形態(tài)演化速率和物種形成速率為何呈正相關(guān)。

幾個(gè)世紀(jì)以來(lái)，性別的演化一直令生物學(xué)家著迷。但我們對(duì)生物性別的遺傳決定的認(rèn)知，始終局限于少數(shù)模型系統(tǒng)。直到最近，長(zhǎng)讀長(zhǎng)測(cè)序技術(shù)的出現(xiàn)使我們能發(fā)現(xiàn)許多分類(lèi)群中的性染色體，了解到某些類(lèi)群的性染色體在數(shù)百萬(wàn)年內(nèi)保持穩(wěn)定，另一些的性染色體則經(jīng)歷過(guò)顯著更替。另一方面，對(duì)整個(gè)演化枝中性染色體的比較分析，揭示了重組抑制和性染色體（例如鳥(niǎo)類(lèi)的W和Z染色體或靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物的Y染色體）特定區(qū)域的演化動(dòng)力學(xué)。

也許最具挑戰(zhàn)性的問(wèn)題之一，是演化如何造就復(fù)雜新性狀。對(duì)研究特定類(lèi)群中新性狀起源和演化的科學(xué)家來(lái)說(shuō)，比較分析可以帶來(lái)新見(jiàn)解，例如關(guān)于蜜蜂的真社會(huì)性和食肉植物的誘捕工具。從扁盤(pán)動(dòng)物到刺胞動(dòng)物再到兩側(cè)對(duì)稱(chēng)動(dòng)物，近年來(lái)單細(xì)胞測(cè)序等技術(shù)的發(fā)展使我們?cè)诶斫馑鼈兩窠?jīng)系統(tǒng)的逐步演化方面取得重大進(jìn)展。此外，我們也得以見(jiàn)識(shí)新的細(xì)胞類(lèi)型和組織怎樣助推脊椎動(dòng)物大腦演化。

演化生物學(xué)最令人興奮的一大應(yīng)用在于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。新冠大流行期間，病毒演變引發(fā)公眾關(guān)注，人們?cè)噲D預(yù)測(cè)和了解新變體的出現(xiàn)。然而，關(guān)于預(yù)測(cè)病毒演化的嘗試早在COVID-19之前就已開(kāi)展，例如，用于選擇年度流感疫苗菌株的演化模型。疫苗接種會(huì)給病毒施加選擇壓力，學(xué)界利用演化模型了解病毒疫苗逃逸和毒力變化之間的復(fù)雜相互作用。從更基本層面看，針對(duì)古代和現(xiàn)代DNA序列的群體遺傳學(xué)分析使我們能夠研究細(xì)菌和病毒的演化。

抗生素危機(jī)是另一個(gè)把演化論推入公眾視野的話(huà)題。人們普遍認(rèn)為這是一個(gè)演化問(wèn)題，而演化生物學(xué)可以帶來(lái)具體解決方案，如多藥治療方法或利用與病毒共同演化的噬菌體來(lái)延阻前者的耐藥性演化。耐藥性也是阻礙癌癥治療的主要原因。一種可能的解決方案是基于演化的適應(yīng)性療法，即通過(guò)減少給藥或間歇性給藥來(lái)維持腫瘤的敏感細(xì)胞，而非讓耐藥細(xì)胞不受控制地生長(zhǎng)。最近一項(xiàng)研究表明，這種方法可能有助于解決腫瘤相關(guān)的藥物依賴(lài)現(xiàn)象。演化模型也被用于了解腫瘤生長(zhǎng)和發(fā)展的基本動(dòng)力學(xué)。

在這些案例中，應(yīng)用的演化原理歷史悠久，但實(shí)際分析方法是過(guò)去幾年間基于新的分子數(shù)據(jù)而開(kāi)發(fā)的，這表明了演化生物學(xué)理論與應(yīng)用兩方面進(jìn)展的同步，也讓我們期待該領(lǐng)域進(jìn)一步的發(fā)展。

資料來(lái)源 Nature