完全不可能的奇蹟!科學家僅用一年時間,重現生命幾十億年進化史

綠藻 萊茵河 地球 黑猩猩 蒙大拿州 徐德文O戴維科學 2019-04-05
完全不可能的奇蹟!科學家僅用一年時間,重現生命幾十億年進化史

  • 單細胞生物出現在近40億年前,多細胞生物出現在12億年前
  • 進化論表明,掠食者是自然選擇的一種因素
  • 科學家引入掠食者讓單細胞萊茵衣藻在50周的時間裡演化成多細胞生物
  • 多細胞萊茵衣藻已穩定繁殖4年,代表著一個全新的專性多細胞生命起源了
完全不可能的奇蹟!科學家僅用一年時間,重現生命幾十億年進化史

如果說生命的誕生是一個奇蹟,那麼生命演化到現在則是無數奇蹟堆砌的結果,每一個奇蹟都需要漫長的時間週期和痛苦的過程。比如人類的演化,如果從與遺傳學上最近的黑猩猩分道揚鑣開始算起,大約用了500到700萬年的時間,才演化成我們現在這種能力通天不可一世分分鐘可用核武器毀滅地球的所謂最高級智慧生命。而40億年前生命開始後不久出現的單細胞生物,更是用了幾十億年的時間,直到12億年前的紅藻,才把自己演變成多細胞生物,之後才有了更復雜生命形式的演化。

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從單細胞生物到多細胞生物的過渡是地球生命史上為數不多的重大事件之一,它為更復雜生物系統的進化創造了新的機會,科學家們一直試圖理解它究竟是如何發生的,經歷了怎樣的過程。然而,這些生物很少或根本就沒有化石證據的存在,如何才能對它們進行研究呢?

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此前的一種假設是,捕食會對單細胞生物產生選擇性壓力,促使其變得更強大。一個簡單類比是,如果你長得比蛇的嘴巴張得最大的時候還大,它就沒辦法來吞你,你就可以順利地活下去,鶯歌燕舞地繁衍自己的後代。

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喬治理工學院和蒙大拿大學科學家組成的研究小組對此進行了研究,他們進行了一項不可思議的實驗,在不到一年的短短時間裡,就讓單細胞生物演化成了多細胞生物,如果不是親眼所見,科學家們恐怕也根本無法相信自己。

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該項試驗由進化生物學家威廉·拉特克利夫領導,研究人員利用大量單細胞綠藻萊茵衣藻(Chlamydomonas reinhardtii)為研究對象,引入單細胞濾食性掠食者草履蟲,向這些可憐的綠藻施加生存壓力,並用延時顯微鏡進行長時間的跟蹤拍攝,希望觀察到究竟會發生些什麼。

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結果表明,這些綠藻真的“壓力山大”,在5組實驗群中,有兩組只用了50周,750代就演化出多細胞生命的結構,反讓掠食者草履蟲變成了可憐蟲——看到吃不到,心頭如刀絞。而在沒有掠食者的對照組裡,則沒有觀察到類似的多細胞結構,單細胞綠藻們依然過著渾渾噩噩的日子,享受著幾十億年來一成不變的卑微的幸福時光。

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進一步的研究表明,這些進化出來的多細胞生物,即使在沒有掠食者的情況下,也可以保持穩定的無性繁殖,時間長達4年,繁殖了數千代。由於萊茵衣藻沒有多細胞的祖先,科學家們認為,這個實驗代表了一個完全全新的專性多細胞生命的起源。

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這似乎是一個完全不可能的實驗。在進化的尺度上,50周可以說完全不值一提,大自然用幾十億年才完成的單細胞生物到多細胞生物的演化奇蹟,科學家們卻用一年的時間就做到了,能夠親眼目睹這樣的奇景,研究人員都興奮不已。這是不是再一次詮釋了自然選擇和生命進化的理論呢?或者還有更深遠的意義呢?

這項研究發表在2月20日《自然科學報告》上。

論文:「鏈接」

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