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2020-09-19

当进化倒退时

 

进化不应该会倒退——但是越来越多的例子表明,进化确实会到退,而且有时它还代表着一个物种的未来

 

主将任何动物描述为“进化倒退”的说法是存在争议的。大半个世纪以来,大多数生物学家都不太愿意使用这样的词语,因为他们所记得的进化法则说的是“进化不会倒退”。32但是随着越来越多的例子为人们所知,以及现代遗传学的出现,那条法则正不得不被改写。进化倒退不但是有可能的,而且它们有的时候在进化前进的道路上还扮演着重要的角色。

 

用来描述进化倒退的专业术语是“返祖现象”,这个词来源于拉丁语中的"atavus",意思是“祖先”。这个词带有不好的隐含意义,而这在很大程度上都是由于一位十九世纪的意大利医师切萨雷·隆布罗索,他认为罪犯是天生的并非后天培养出来的,而且还可以通过一些特定的生理特征来辨别他们,这些特征就是向原始的、低于人类状态的退化。

 

主当隆布罗索在评估罪犯时,一位叫路易斯·道罗的比利时古生物学家在研究化石记录,并得出了相反的结论33 1890年,他提出进化是不可逆的:“一个有机体是不可能倒退到一个先前的阶段,这个阶段是它们的祖先都已经实现过的,即使是倒退一部分也是不可能的”。二十世纪早期,生物学家们也得出了一个相似的结论,不过他们是从可能性的角度来证明这一规律27,表明没有理由为什么进化不会倒退——只是这非常不可能罢了。因此这个进化不可逆的观点保留了下来,从此就被称为“道罗法则”。

 

如果道罗法则是正确的话,就算返祖现象真的会发生,那也只是极少数情况。然而就在这个观点几乎要扎根之时,例外情况却一直在出现。例如,在1919年,在加拿大的温哥华岛曾捕获一头座头鲸,它长着一对长达一米多的腿状附属肢体,这对肢体有一套完整的肢骨。探险家罗伊·查普曼·安德鲁斯在那时认为,这头座头鲸一定是倒退至其在陆地生活的祖先的状态了。28“我想不出其他的解释了,”他在1921年这样写道。

 

从那时起,人们还发现了许多其他例子,这些例子指出再也没有意义去说进化是不可逆转的34而这又带来了一个难题:那些几百万年前消失的特征是怎样突然重新出现的?341994年,在美国印第安纳大学,鲁道夫·拉夫和他的同事们决定用遗传学为进化倒退现象确定一个概率。他们推断,虽然一些进化改变包含了基因的丢失,也因此是不可逆的,但是其他的改变也许是基因被关闭的结果。他们认为,如果这些沉默基因以某种方式被重新打开,遗失很久的一些特征是可能会再次出现的。29

 

主拉夫的团队继续计算了它发生的可能性。他们推断:沉默基因会积累随机突变,最终使之变得毫无用处。所以如果一个基因不再被使用,它能在一个物种中存活多久呢?该团队测算出,沉默基因在一个群体中的至少几个个体中存活长达六百万年的时间是有可能的,有些也有可能存活一千万年之久。换句话说,倒退现象是有可能发生的,但也只能倒退到一个相对较近的刚完成的进化中。

 

丰该团队列举了墨西哥和加利福尼亚的钝口蝶蟆这一可能的例子。像大多数的两栖动物一样,这些生物从幼年“蝌蚪”形态开始自己的生命,然后变形成其成年形态——除了蝶源这个物种外,众所周知该物种整个生命阶段都是幼年形态。针对这个最简单的解释就是,只有蝶蟆这一支系丧失了变形的能力,而其他物种保留了这种能力。然而,根据蝶蟆目动物系谱图的详尽分析,很显然其他支系所进化而来的祖先本身就已经丧失了变形的能力。换句话说,钝口蝶蟆的变形就是一种返祖现象。蝶蟆目动物的这个例子符合拉夫一千万年的时间范围。30

 

主但是最近,一些被报道出来的案例却打破了这个时限,显示出沉默基因可能只是一部分情况。在去年发表的一篇论文中,耶鲁大学的生物学家甘特·瓦格纳报道了对一种名为巴克斩的南美斩蝎的进化史所做的一些研究。这种蜥蝎中有很多都长着极小的四肢;而有些看上去更像蛇而非蜥蝎,还有一些后肢上已经完全没有趾头了。但是其他种类的蜥蝎,发生了突变,后肢的趾头多达四个。最简单的解释就是,有趾头的支系从未丢失过趾头,但瓦格纳不同意这种说法。36根据他对巴克蛛系谱图的分析,有趾头那些物种是从无趾头祖先重新进化而来的,而且更重要的是,趾头的丢失与获得在几千万年间不止出现过一次。31 38

 

那么究竟是怎么回事呢?其中一个可能性是这些特征先丢失过,而后只是又重新出现了,这非常类似于不相关的物种会各自出现相似的结构,例如鲨鱼和逆载鲸的背绪。35另一个更加有趣的可能性就是能产生趾头所需要的遗传信息以某种方式在斩蝎中存在了几千万年或者几亿年然后进行再生。主这些返祖特征提供了优势并在种群中传播,有效地逆转了进化过程。

 

但是如果沉默基因在六百万年到一千万年间退化了,那些遗失很久的特征是如何在更长的时间段再生呢?答案也许存在于宫。许多物种的早期压胎都发展出了祖先的特征。39例如蛇的胚胎会有后肢的萌芽。在后面的发展中,这些特征由于发展机制说“丢掉那些腿”而消失。如果出于某种原因,这个机制没有起作用,那么祖先的特征也许就不会消失,导致返祖现象的出现。40

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