每次看到标题涉及“进化死胡同”的文章,猫子几乎从来不会点进去。因为从生物学的角度上来说,生命总能找到出路。
可视化带来的悖论死胡同这种观点是怎么来的?
这涉及到一个名词:可视化。不论你身在国企、私企,将数据可视化都是讨得领导欢心的一种好办法。
一目了然,就给领导节省了时间和精力。
生物学中有一个著名的可视化——适应度景观(fitnesslandscapes,也翻译成适应值曲面,适应度地形等等)——它将生物体(例如基因、蛋白质、种群或物种)进化过程(例如自然选择和遗传漂变)的构造可视化,便于思考。
近一个世纪前,进化理论家休厄尔·赖特(SewallWright)想象了一幅山脉和山谷的风景。
峰值代表生物体的高进化适应性状态,而它们之间的低谷代表低适应性状态。
生物体可能通过突变过程在景观中移动,随着它们不断变化的基因帮助它们获得更大的适应性而攀登高峰。
这套可视化被大家广泛接受,但其中有一个明显的悖论,也就是所谓的“死胡同”:如果一群生物设法到达了一座小山顶,它们就会被困在那里,周围都是更糟糕的状态。
如果不先穿越下面的低谷,它们就无法到达更高的顶峰,这是自然选择通常不允许的。
不断进化的细菌可以突破“巅峰”的障碍从一个顶峰到达另一个顶峰有多难?
在过去的一百年里,进化生物学家使用数学模型来探索各种规模的种群如何在适应性景观中移动。
随着简单、廉价的基因编辑技术的兴起,理论学家开始进行生物体活体实验。
比如,最近在《科学》杂志上刚刚发表的一项研究中,研究人员针对超过26万个常见细菌(大肠杆菌)的突变体,创建了有史以来最大的实验室版本适应性景观。
用白话说,培育了,个基因不同的大肠杆菌菌株。
然后给它们“上强度”——在含有抗生素的环境中传代。
菌株的数据图显示了非常崎岖的地貌,数百个不同高度的山峰(适应度峰值)——代表了每种遗传变异(基因型)使细菌逃避药物的能力。
一些路径在谷底结束了,没有留下进一步改进的机会。
但许多途径——突变,有机体可以改变其基因型的途径——达到了相当高的水平。
简单说,崎岖的适应环境对于大多数细菌来说都是可以穿越的:大约四分之三的菌株具有可行的抗生素耐药性进化路线。
每个群体可以采取多种替代路径,从而导致不同的高适应度峰值。
跌至谷底,依然能爬出来。
写在最后无论过去、今天的人怎么看待进化——我们能理解的秩序和逻辑,生命的“巅峰”和“低谷”可能都比我们想象的更容易避免。
实验已经证明了细菌,也许,其他生物体在自然选择的压力下,变化的大门也是永远敞开的。
最后,猫子还得多说两句。
由于我们人类思维很难在三个以上的维度上进行思考,可视化都是尽量简化。
当适应度景观模型以更高维度出现时——比如一些研究中使用了九个维度——产生相同身体特征的,非常不同的调节基因网络,更有可能找到更简单的路径。简而言之,并非所有进化过程都是“艰难的”。
作者感谢你的