生物树状进化模型遭质疑

顾汉现

生物树状进化模型遭质疑

2009-2-14 19:15:48

生物树状进化模型遭质疑

达尔文的生物进化论一直是生物进化学的根基，100多年来人们对这一理念深信不疑。1月21日出版的英国《新科学家》杂志却载文称，达尔文认为生物进化呈树状的理论是错误的。

“生命进化树”就像大家谱

1837年7月，年仅28岁的英国生物学家达尔文，在伦敦的寓所里灵光一闪，在笔记本上画了一棵假想的树，以此来阐述物种进化方式，这是达尔文首次提出“树状生命进化论”。22年后，这一理论公之于众，在“生命进化树”理论的基础上，LUCA概念形成了。LUCA指的是“所有物种在分化之前的最后一个共同祖先”。由LUCA衍生出的一个躯干，经过一次次分裂，生长成一棵枝叶繁茂的大树，每个分支都相当于一个物种。“生命进化树”就像一个大家谱，展示了各个物种之间的关联。

在过去的150年中，生物学家们一直致力于完善“生命进化树”，使其更加细节化。法国巴黎第六大学生物学家艾瑞克·巴普提斯塔说：“长久以来，我们的梦想就是画出完整的‘生命进化树’。”

近年来，“生命进化树”日趋完善，但该命题本身却受到质疑。生物学家们目前正在讨论，有人认为“生命进化树”概念是错误的，是应该摒弃的。巴普提斯塔说：“我们没有证据能证明‘生命进化树’正确。”这种质疑就像一颗炸弹，轰动了生物界，因为它动摇了我们有关生物进化的根本理念。

简单的说，这个问题源于DNA（脱氧核糖核酸）。1953年DNA结构的发现，为生物进化学打开了新篇章。当研究了DNA序列，以及其他生物分子如RNA（核糖核酸）、蛋白质等，生物学家们认为，这样的发现证实了达尔文的“生命进化树”理论。他们的根据是，越接近的两个物种，其DNA、RNA、蛋白质序列就越接近。

20世纪90年代早期，生物学家发现了DNA排序中的问题。在实现了RNA排序之后，生物学家研究了细菌以及单细胞基因的排序。原本，人们期待DNA排序可以进一步证实RNA排序，可DNA与RNA的指向有时是统一的，有时却是相悖而行的。比如，根据RNA排序，物种A、B、C之间，物种A与物种B更接近；而根据DNA排序，物种A与物种C更接近。



进化树

“树状”还是“网状”？

越来越多的细菌和动植物的基因测试显示，异种交配要比我们想象的复杂得多，这意味着基因并不是简单遗传给生命树上的个别枝条，它们还在物种之间以不同的进化路径转换，其结果是一个杂乱无章的“生命网”，或者说，呈灌木状。

水平基因转移（HGT，指在不同生物个体间或单个细胞内部细胞器之间，遗传物质的交流）系统让生物学家意识到“生命进化树”理论暗含的意思。早在1993年，就有生物学家提出细菌的基因排序不是树状，而是网状。1999年，美国《科学》杂志发表言论说：“‘生命进化树’并不是真实存在于自然界中的，而是人类用来规划自然界的一个理论。”但是，有研究者运用更多的研究捍卫达尔文的观点，认为所谓网状的进化论是理想化、不切实际的想法。

“树状”和“网状”的辩论在2006年正式拉开帷幕，位于德国海德堡的欧洲分子生物实验室派出由皮尔·博克领导的工作组，研究了来自细菌、古细菌以及真核细胞的191个基因组，他们发现，其中31组基因，没有任何迹象表明曾经被水平转移过，和尚未完善的“树”相近。

但是，来自德国杜塞尔多夫大学的达冈和马汀教授认为，31组的结果不能够证明什么，这个数字太小，不能代表其他基因组。

到目前为止，这场辩论仍然持续两极化状态，博克和他的团队继续研究“生命进化树”理论，他说：“我们相信‘生命进化树’理论，虽然有水平基因转移的存在，但最终的形状还是树状的。”达冈及其团队也在为推翻“生命进化树”而不懈努力。2008年，达冈和他的团队研究了181个基因组，发现80％的基因组存在水平基因转移。

物种杂交催生新理念

有学者相信，杂交是物种进化的有力驱动。来自伦敦大学的生物进化学家詹姆斯·马里特说：“（杂交）是非常普遍的现象，有1／10的动物都是杂交的。”2008年，美国得克萨斯大学的科学家在包括家鼠、野鼠和非洲爪蛙在内的8种动物的基因组合中发现了一种奇特的DNA。这是鸡、大象和人类所没有的DNA，这说明它是一些动物通过异种交配形成的基因组。几年前，科学家也曾在牛体内发现蛇的DNA，鱼类、昆虫和植物中也都曾发现水平基因转移现象。这些新发现意味着，用达尔文的进化枝条来连接物种过于简单了。

正如法国生物学家巴普提斯特所说：“如果‘生命进化树’真的不存在，这对生物进化学意味着什么呢？这是非常恐怖的，我们坚信多年的理论居然是错误的。”巴普提斯特表示，“生命进化树”理论可能是错误的，但这不代表进化论本身是错误的，只不过，它并不像我们想得那么简单。有一些物种的进化是呈现树状的，有一些却不是，这比达尔文的理论要复杂一些。“生命进化树”理论也是具有深远意义的，只不过目前我们对进化论有了更深的认识，所以需要进一步研究。

对“生命进化树”的质疑在学界引起很大波澜。加州大学进化生物学家迈克尔·罗斯说：“‘生命进化树’正被掘坟埋葬。虽然有些人不承认，但我们对生物的整体基础观点需要改变。”