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科学家回答了为什么很难预测一个生物的新特性的进化轨迹-采集者-甘肃信息网-快意领略财经产经£¬娱乐八卦£¬科技科学£¬百科生活的美丽. '); })();
科学家回答了为什么很难预测一个生物的新特性的进化轨迹
科技科学
何云
2017-09-11 11:34:22

 "适者生存" 一?#36866;?#33258;然选择的进化原理易于理解--个体具有适应环境的特质, 更有可能通过这种特质¡£但正如一项新?#38590;?#31350;所解释的, 多种因素使得预测一个特质的命运极其困难¡£

改进的预测模型不仅能帮助科学家更好地模拟进化的运作方式£¬还能帮助科学家预防传染病¡£例如£¬疫苗制造商¡¢流行病学家和医生都在努力预测流感¡¢寨卡病毒¡¢艾滋病病毒和埃博拉病毒等疾病的发展方向¡£

布朗大学(Brown University)生态学和进化生物学教授丹尼尔·温瑞奇(Daniel Weinreich)说£¬从根本上£¬问题在于£¬基因变体或等位基因所传递的一种特质£¬可能对一个或几代人有利£¬但在环境变化时没有任何优势£¬也不会成为一种负担¡£但大多数人口遗传学理论模型认为£¬健?#31561;?#28982;是不变的¡£

Weinreich说:“我们正在阐明许多不同的生物学环境£¬其中一个等位基因的适应度可能会改变它在人口中的‘一生’或‘血统’¡£”“我们确信£¬其他的环境£¬在某的地方是恒定的£¬但它却不是规则或者说规律”

该研究的主要作者¡¢来自布朗大学的克里斯托弗·格雷夫斯(Christopher Graves)?#21069;?#32819;的一名研究员¡£他说:“传染病在宿主内部和宿主间传播时£¬会经历不断变化?#38590;?#25321;性压力£¬并会遇到药物和宿主免疫反应¡£”“了解进化如何在高度可变?#38590;?#25321;压力下进行£¬将增加我们预测耐药性和疾病暴发的能力£¬并最终导致创造和部署更聪明的药物和疫苗战略¡£”

也许最明显的一个特征的适合度是变化的£¬不仅是随着时间的变化£¬而且是在空间上的变化¡£在一个空地上£¬考虑一种杂草的种群£¬有些可能携带一个等位基因£¬帮助它们在炎热?#38590;?#20809;下茁壮成长£¬而另一些则可能有一个等位基因£¬在阴凉的地方传递出相对优势¡£不仅天气模?#20132;?#38543;着时间的变化而发生戏剧性的变化£¬从几天到?#25913;ݏ?#32780;且新的建筑可能会上升或被破?#25285;?#21019;造新的阴影或光照¡£一个预测每个等位基因的命运的模型在多维度上变得更加复杂¡£

另一个不同的维度是等位基因的“社会”生活¡£导致“作弊”的等位基因在自然界中是常见得的£¬但当它们很少的时候£¬它们是最有效的¡£一旦每个人都在作弊£¬这可能就不再是一个优势£¬所?#36816;?#30528;时间的推移£¬这种特质可能会成为自己成功的牺牲品¡£此外£¬与合作的遗传倾向不只是翻身¡£论文引用了蚂蚁“警察”行为已经进化的案例£¬比如通过破坏“自私”的仅仅是工人的“自私”的?#22467;?#26469;维护女王的至高无上的地位£¬或者是基因产生了?#31181;?#32959;瘤细胞的肿瘤免疫能力£¬因为它们生长得太快了¡£

由于一个等位基因可能会影响另一个血统£¬所以在一个家族中£¬情况甚至会有所不同¡£Weinreich研究了这种细菌在抗生素耐药性的出现¡£他发现£¬一种特殊的酶的四种突变有时会增加抗药性£¬有时也不会£¬这取决于其他突变的存在或缺失¡£

Weinreich说£¬任何一种情况都可能随着时间的推移而改变£¬这又增加了一层复杂性£¬因为环境改变的速度太快¡£当环境变化的速度快于生物体的繁殖速?#36866;?mdash;—例如晴天或多云的天气模式£¬这种模式在几天内就会发生——太阳或色斑的杂草只会?#36816;?#20204;的繁殖成功产生很小的影响¡£但是£¬如果环境变化更慢——例如£¬一个巨大的新建筑在?#29976;?#24180;的时间里——阳光充足的等位基因携带者可能会从这片土地上消失£¬而阴暗的等位基因将完全取代另一种类型¡£在这种情况下£¬当建筑再次被拆除时£¬热爱阳光的杂草可能已经灭绝了¡£

?#29575;?#19978;£¬Weinreich说£¬许多预测等位基因命运的模型忽略了特征可能完全消失的可能性¡£

与此同时£¬环境变化的速度与自然选择行为的速度非常相似¡£

在他们寻找解决方案的过程中£¬人口遗传学家采用了新的方法£¬Weinreich和Graves写道¡£Weinreich说£¬其中最令人兴奋的是£¬他们与生态和流行病学的合作£¬在这两个领域£¬建模的动态和复杂的变化是?#34892;Ä¡?#20363;如£¬今年夏天£¬在加州大学圣芭芭拉(Santa Barbara)的Kavli理论物理研究所(University of California at Santa Barbara's Kavli Institute for理论物理学)举办了一个研讨会£¬“自然和实验室的生态进化动态”¡£

温瑞奇说£¬他计划深入研究从社会变化(如作弊者)¡¢基因(如竞争的等位基因)或环境变化(例如£¬竞争的等位基因)和环境变化(例如£¬竞争的等位基因)和环境变化(例如£¬竞争的等位基因)和环境(例如£¬竞争的等位基因)等变化的复杂性¡£,天气)?#38382;ı¡?/p>

温瑞奇说:“生态和进化过程之间的重叠——这两件?#30053;?#35768;多模型中被忽视的方式是非常亲密的——是前进的道路¡£”“这就是对模型进行关键改进所需要的¡£”

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