Science封面文章：进化过程是否可以重来？

　　

生物通报道：如果时光倒流，地球上的生物是否还会按照同样的路径进化呢？这是生物学领域一个老生常谈的问题，现在小小的竹节虫为我们找到了答案。研究人员发现，尽管不同群体的竹节虫演化出了相似的外形，但塑造这种外形的DNA改变并不相同。“我认为，这意味着进化路径的可重复性非常低，”McGill大学的进化生物学家Andrew Hendry评论道，他没有参与这项研究。

此前曾有一些研究提出，在面对同样的环境条件时，生物以相同的方式进化。举例来说，当末次冰期结束之后，生活在海洋中的棘鱼大量侵入了淡水湖泊和河流，它们很快都变得更为光滑，身上的盔甲也变得更少。还有科学家研究了基因“平行进化”导致的行为或特征变化，他们发现不同的昆虫可以通过改变同样的DNA，帮助自己以毒性植物为食。

不过，也有许多研究者对上述理论提出了质疑。他们认为这些例子都属于特殊情况，进化实际上是无法预测的，因为有太多的偶发事件可能使其偏离轨道。（延伸阅读：Nature：谁是进化的胜者http://www.ebiotrade.com/newsf/2014-2/2014227105449399.htm）

为此，英国谢菲尔德大学的进化生物学家Patrik Nosil对一种名为Timema cristinae的竹节虫进行了研究。在加州的许多地方，山坡上的这种竹节虫都分为两种生态型。一种体型比较宽，生活在阔叶植物上；另一种体型比较窄，生活在一种窄叶植物上。Nosil和同事对来自多个山坡的不同生态型个体进行了测序，评估了那些与宿主适应性有关的基因差异。这项研究的成果登上了本期Science杂志的封面。

研究人员发现，不同生态型之间存在大量的基因差异。令人惊讶的是，虽然来自不同地区的竹节虫看起来相同，但只有17%的DNA以相同的方式改变。这说明，尽管某些适应性的基因进化可以预测，但大多数这样的改变是随机的。

随后，Nosil的研究团队将数百只竹节虫放到它们并不适应的植物上，并在一年后收集它们的后代。研究人员检测了这些后代的DNA变异情况，并将其与亲本进行比较。研究显示，竹节虫基因发生的改变与生存优势有关，赋予昆虫在新宿主上繁衍后代的能力。许多这样的改变符合不同生态型之间的DNA差异，说明它们是自然选择的结果，并不是什么巧合。

“他们深入到基因组，找到了平行进化的更多线索，”牛津大学的种群生物学家Tim Coulson说。这项研究有利于人们进一步理解进化的分子基础。

 

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Stick Insect Genomes Reveal Natural Selection’s Role in Parallel Speciation