进化中的龟兔赛跑：乌龟赢？

   李福洋

“龟兔赛跑”是大家耳熟能详的寓言故事，讲述的道理：聪明不要骄傲，笨要坚持。当然后来还有许多版本，比如，兔子克服了缺点，不再随性而为，一气跑到底，乌龟当然没有了机会；乌龟有改变了策略，把赛道改成水、陆兼有，兔子不会游泳输了；还有的版本强调合作，最后龟兔互相协作，变得所向无敌。

  最近，进化学家们又把“龟兔赛跑”搬了出来，设想，在一般非特殊情况下，乌龟式的慢跑在百米短跑中是绝对没有胜算的，但是换成马拉松，那结果就不好说了，从容不迫的慢步伐会变成一种优势。把这种想法引入进化的研究，就是在进化过程中究竟是“快”好，还是慢的更有优势？

  美国密西根大学的Richard Lenski对这个问题进行了探讨。他们选择两株细菌，一株突变发生快， 被称为“兔子细菌”；另外一株突变频率发生的慢，被称为“乌龟细菌”。把这两株细菌等量混合，在实验室内开展长期进化实验，观察的时间长度分别是500代，1000代和1500代。结果出人意料。

  在细菌生长分裂至500代时，“兔子细菌”已经在数量上占据绝对优势；但是继续培养883代，也就是到了1383代时，情况发生了逆转，乌龟菌株不仅反超，而且“一统天下”，而“兔子细菌”似乎已无力挽回被淘汰的命运。

  通过检查，他们发现，在500代时，“兔子细菌”的topA基因发生了有利于生存和繁殖的突变。这个基因的功能主要是帮助细菌缠绕DNA，使长长的DNA能在细胞微小的空间里放得下。“乌龟细菌”的topA虽然也观察到突变，但是兔子细菌的突变略有差异，与自己原来相比并没有带来明显优势。。到了1383代时，"乌龟细菌"另外一个spoT基因又发生有利突变，让“乌龟细菌”转败为胜，“后发制人”，而“兔子细菌”却没能发生spoT基因的有利突变。真是“30年河东，30年河西，”；“风水轮流转，江山轮流坐”!

 “兔子细菌”率先发生topA的有利突变让其一朝领先，但是却让它的后劲丧失了，topA的有利突变却对对spoT的有利不变不利；“乌龟细菌”虽然慢些，但是“厚积薄发”，协调发展，最终赢到了最后。

虽然这个科学故事能够说明的问题还极其有限，我们是否仍然可以从中获得某种启示呢？

                                                              （欢迎转载，请注明出处）

Robert J. Woods, Jeffrey E. Barrick, Tim F. Cooper, Utpala Shrestha, Mark R. Kauth, and Richard E. Lenski. Second-Order Selection for Evolvability in a Large Escherichia coli Population. Science 18 March 2011: 1433-1436.