物竞天择究竟有多普遍?以实验证明"天择说"_生物博览

物竞天择究竟有多普遍?以实验证明"天择说": 来源: 查字典生物网| 2013-01-17 发表| 教学分类：生物博览

重点提要

●达尔文的理论，也就是提高生存机会的遗传特征受到天择而推动演化，是经历许多理论竞争后，才在今日生物学中得到认可。

●没有正面或负面影响的随机遗传突变，曾被视为分子层次改变的主要推手，但是最近的实验显示，由天择所推动的有利遗传突变，其实并不少见。

●植物遗传学的研究显示，单一基因的改变，有时候对物种间的适应差异有很大的影响。

有些观念在科学发展的历程中较晚才发现，是因为微妙、复杂或是艰难，但是天择说并非如此。跟其它革命性的科学思想比起来，天择说的发现是比较晚近的事，达尔文和华莱士在1858年写下天择说，达尔文的《物种起源》在1859年才问世，但天择说的观念其实相当简单。

在特定的情况下，有些个体适应得比其它个体要好，这些个体产下较多的子代，随着时间过去而变得比较常见。环境“选择”这些在现有条件下适应得最好的个体，如果环境条件改变，那些拥有最适合新环境特征的个体，就会取得优势。达尔文主义之所以具革命性，并不是因为提出晦涩难解的生物学说，而是指出自然界背后的逻辑其实意外的简单。

天择说尽管简明易懂，仍经历了漫长且曲折的历史。达尔文对于物种演化的主张很快就为生物学家接受，但是他的另一个主张，也就是天择推动大部份的演化，则不然。确实，直到20世纪后期，科学家才接受天择是主要演化驱力的说法。

天择说的地位现在十分稳固，而这也反应了过去几十年来详细的实证研究。但是天择的研究绝对还未完成，不过由于新的实验技术的出现，加上构成天择的遗传机制现在是严谨的实证研究主题，跟20年前比起来，天择的研究今天在生物学中更活跃。近来针对天择的实验工作，主要集中在三个目标：确定天择有多普遍，辨识由天择引发的适应背后的遗传改变，以及评估天择在演化生物学的关键问题，也就是在物种起源中究竟扮演了多重的角色。

天择的基本：变异与筛选

了解天择推动演化最好的方式，就是考虑生命周期特别短、可以观察许多世代的生物。有些细菌每半小时就可以繁殖一次，所以想象由两种基因型组成的细菌菌落，一开始A、B两种基因型的细菌数目相同。再假设，这两种细菌都各自繁衍后代，即A型细菌只繁殖A细菌，B细菌只繁殖B型细菌，现在假设环境突然改变了，出现一种抗生素，A型细菌有抵抗能力，但是B型细菌没有。在新环境中，A型细菌的适应力比B型细菌强，它们能存活下来，繁殖比B型细菌更多的个体。结果就是A型细菌的子代比B型细菌多。

“适应力”(fitness)在演化生物学中是解释以下概念的术语：在特定环境中存活或繁殖的可能性。天择在无数事件脉络中重复作用的结果，呈现于我们今天所见到的大自然中以精巧方式适应各自环境的动物、植物(和细菌)。

演化遗传学家可以在上面的论述中导出更丰富的生物学细节。举例来说，我们知道不同的基因型来自DNA的突变，而核酸序列(由字母A、T、C、G串连组成)中的随机改变，又组成了基因组的“语言”。我们也清楚了解，DNA其中一种字母变成另一种字母这类常见的突变出现的速率，在每一世代、每一配子的每一核酸上发生的机会大约是10亿分之一。

最重要的是，我们多少了解突变对生物适应力的影响。绝大多数核酸的随机突变是有害的，也就是说，这些突变降低生物的适应力，只有一小部份是有利的，能够提高适应力。其它形式的突变大部份也是一样。就像计算机程序码中打字错误会引发问题，在精密校准的系统中，随机的改变更有可能干扰正常的运作，而非改善。

适应性演化因此分为两个步骤，天择和突变会精准的分工，每一世代，突变都会为族群带来新的遗传变异，天择则负责筛选这些变异。严苛的环境会降低族群中“坏的”(相对而言不适应)突变的数目，并提高“好的”(相对而言适应)突变的数目。