进化新知：棘刺效应新解

自然选择与变异之间的平衡

从原生动物到哺乳动物，进化创造了越来越多的复杂结构与特化组织，然而令人吃惊的是，绝大多数的基因变异都是有害的，特别是对于那些无法重组它们基因的无性繁殖生物物种来讲，有害变异会不断地积累。这一进程就是进化生物学中有名的“棘刺理论”（Muller’sratchet），这一理论由美国基因学家Hermann JosephMuller提出，他认为有害基因的不可逆性会最终导致物种一条“灭绝之路”走到底。在来自美国的同事的协助下，德国图宾根马克斯普朗克发育生物学研究所的Richard Neher定量地展示了棘刺理论如何发挥作用，以及为何许多物种在一拨一拨有害变异的攻击下却并没有最终灭绝的原因。

绝大多数变异都是有害的，Richard Neher说，通过自然选择，那些拥有良好基因的个体会更为成功地繁殖，这样有害基因就会消失。但是，一少部分无性繁殖的物种，如病毒等，无法清除有害变异，因此，随着有害基因的积累，它们便会逐渐走向灭绝，并且这是不可逆的，至少在棘刺理论中是这样的。

Muller于1964年发表他对于有害变异的观点，不过那时却并没有相应的定量研究。现在Richard Neher同来自圣塔巴巴拉加利福利亚大学的Boris Shraiman共同发表了对棘刺理论的新研究。他们选择了一个相对简单的模型，该模型仅拥有对适应性产生影响的有害变异，研究者假设自然选择与这些变异作用相反，并分析群落中适应最好的个体如何影响那些适应较差的个体，以及整个群落。研究者发现想要理解棘刺理论的关键在于一个缓慢的反馈，即如果适应好的个体数量减少，那群落的平均适应性就会在一段时间后下降，而这种下降就会加速棘刺效应。Richard Neher说，研究结果对于自然界的许多状况与特性都有效，包括从病毒到老虎。

在另一项研究中，Richard Neher、Boris Shraiman和其他来自加利福利亚大学以及剑桥大学的研究者探讨了少数无性繁殖物种能够逃脱棘刺效应命运的原因。这些物种只能生存于一个极度稳定的环境中，且有益变异能够补偿有害变异的积累，突变与自然选择达到了一个平衡。研究者计算了要达到这一平衡的有益变异率，结果令人惊讶，就算是在极其恶劣的环境中，极少量的有益变异就能维持一个物种的生存。这一结果能解释线粒体（一种被誉为能量站，通过无性分裂复制的细胞器）在细胞内的长期存在。总体而言，进化还是由许多偶然事件掌控着，正如Richard Neher所说的，进化机制非常具有随机性。

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