进化生物学：激动人心的时代

编译 李升伟

进化生物学家们应该为其广泛领域的最新进展感到自豪。在此，我们重点介绍进化论基本问题和应用的一些进展。

一些人认为，自该领域建立以来，进化中最大的问题一直没有改变。尽管这有一定道理，但在过去十年左右的时间里，在回答这些基本问题并将由此产生的理解应用到不同领域方面已经取得了巨大进展。这种进步在很大程度上是由技术发展推动的，技术发展使几乎所有物种的组学数据与新的分析方法相结合成为可能。在这里，我们重点介绍一些展示令人兴奋的发展的主题。

进化中一个长期存在的问题是个体如何适应环境。回答这个复杂的问题需要了解生态相关性状背后的遗传和进化机制。来自相同或相关物种的多个个体的基因组测序数据与群体遗传学方法的进步的整合揭示了有趣的趋势。对多种类群的研究表明，杂交和基因渗入在适应过程中发挥着重要作用，例如，在蝴蝶中建立模仿翅膀模式或在北非狐狸中适应沙漠生活。类似地，染色体重排（例如倒位）可能有助于产生生态相关性状，例如向日葵、大西洋鳕鱼和鼢鼠中所示。尽管基因组方法已被用来识别与生态相关表型相关的基因（甚至突变），例如岩袋鼠、胡椒蛾和猴花的色素沉着，或棘鱼的骨骼性状，但我们也知道基因表达的调控经常导致适应和分歧。

在宏观进化尺度上，进化生物学家们长期以来一直致力于理解为什么某些进化枝比其他进化枝更加多样化。最近开发的基于系统基因组学的比较方法揭示了生物多样性的长期动力学。例子包括物种形成、灭绝和扩散如何影响热带四足动物的物种辐射；生态形态多样化如何影响蜥蜴和蛇的长期多样性；以及形态进化和物种形成率如何在脊椎动物的广泛宏观进化尺度上呈正相关。

几个世纪以来，性的进化一直让生物学家着迷。直到最近，我们对生物性别遗传决定的知识还仅限于几个模型系统。然而，长读出测序的出现使得许多类群中性染色体的发现成为可能，这表明某些类群的性染色体在数百万年中保持稳定，而其他类群的性染色体则经历了显著的周转。同时，对整个进化枝中性染色体的比较分析揭示了重组抑制和性染色体特定区域的进化动力学，例如鸣禽的 W 和 Z 染色体或灵长类动物的 Y 染色体。

也许最具挑战性的问题之一是进化如何产生新的复杂性状。比较分析提供了对特定群体新性状的起源和进化的见解，例如蜜蜂的真社会性和食肉植物的跳板诱捕。最近，单细胞测序等技术发展在理解神经系统从扁盘动物门到刺胞动物门和双侧对称动物门的逐步进化方面取得了实质性进展，以及新的细胞类型和组织如何促进脊椎动物大脑的进化。

进化生物学的一些最令人兴奋的应用是在医学领域。在 COVID-19 大流行中，病毒进化引起了公众的关注，人们试图预测和了解新变种的出现。然而，预测病毒进化的尝试早于大流行——例如，用于选择每年流感疫苗接种菌株的进化模型。疫苗接种本身可以对病毒施加选择压力，进化模型已被用来理解疫苗逃逸和毒力变化之间复杂的相互作用。在更基础的层面上，对古代和当代 DNA 序列的群体遗传学分析使我们能够研究细菌和病毒病原体是如何进化的。

抗生素危机是另一个让进化论进入公众视野的话题。人们普遍认为，总体问题是一个进化问题，进化生物学可以带来具体的解决方案，例如多药物治疗方法以及共同进化的噬菌体的潜在用途以延迟耐药性进化。耐药性也是成功癌症治疗的主要障碍：一种可能的解决方案是基于进化的适应性疗法，其中减少和间歇性给药用于维持肿瘤中的敏感细胞，而不是让耐药细胞不受抑制地生长。最近的一项研究表明，这种方法是如何有助于解决肿瘤的药物依赖性现象的。进化模型也被用来了解肿瘤生长和发展的基本动力学。在这种情况下，所应用的进化原理有着悠久的历史，但实际的分析方法只是在过去几年中针对新的分子数据而发展起来的，这表明纯粹进化生物学和应用进化生物学的进步是如何同步进展的。我们期待着发表这些相互作用的进化链的进一步进展。

资料来源：nature ecology & evolution

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41559-024-02402-y