无用组织并非一无是处

胚胎发育会重演进化历程

为何在经过了千百万年的进化之后，有机体还是会形成一些看似无用的结构？来自密歇根州立大学的研究发表于《美国自然学者》杂志，它解释了为何有机体还会经历一些看似不必要的发育阶段。研究的领导者是Jeff Clune，他曾是密歇根州立大学灯塔行为进化研究中心的博士，他说，许多动物都会发育一些不常用的组织和结构，然后再消失，这有点类似于在一块平地上先修建了一个过山车设施，然后再拆除它，再修建一幢高楼。既然这样，那为何不直接修建高楼呢？自1866起，这一问题就一直存在争议，这项研究对此给出的解释是，有机体需要这些额外的发育步骤来防止发育阶段的紊乱，Clune称其为“促发育紊乱力”（developmental disruption force），Clune同时还将其解释为，如果“鞋子”合适，那么就不需要任何改变。

Clune目前在康奈尔大学进行博士后深造，他说，在一个正在发育的胚胎中，每一个新的结构都包含于一个极其敏感的环境中，在这个环境中拥有所有已发育的结构，任何改变这个环境的突变（如某种结构的消失）都会引起环境混乱，并导致后续发育阶段紊乱。因此，就算某个结构是无用的，但它的存在也会保证其他有用结构的正常发育。回到过山车的比喻上，就算后来过山车被拆除，高楼的修建也需要从过山车上拆除下来的零件。Clune说，一个建筑工程师可能会跳过过山车这一阶段，但进化却更像一个修补工人而非工程师，就算效率不高，它也会使用任何不用的部分。令人感兴趣的是，为了减少出现紊乱的风险，新出现的特征会在发育阶段的尾部添加，这就意味着，所有生物的发育阶段都存在一定的相似性。

一项被称为“计算进化学”（computationalevolution）的新技术使得研究者能够进行在自然界中无法观察到的实验。研究团队中的计算机学家和生物学家利用灯塔实验室的Avida软件模拟重演了胚胎的发育过程，从而取代了原始的观察胚胎的方法。Avida软件能够对资源、进化等参数进行设置，模拟自然选择的过程，利用这一软件，研究团队记录下了各个进化谱系的发育阶段，并观察了它们在有机体发育完成后的情况。研究团队解决了多年以来的争论，认为个体的发育阶段确实重演了进化路径，至少在计算机模拟结果中是这样的。并且由于计算机模拟过程能很快完成，因此研究者得以多次重复实验以验证并记录这一相似性。这项研究由国家科学基金资助，研究者还包括来自灯塔实验室的Richard Lenski，Robert Pennock和Charles Ofria。

化石网 歆塬