生物體為何如此擅長進化來克服環境挑戰？這是研究人員長期以來提出的一個問題，但答案還不太明確。現在，一項新的研究表明，進化本身可能是一個可以進化的過程。
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在一些極其不適宜居住的地方，甚至在生態正在經歷快速變化的地區，生命卻成功地繁衍生息。以微生物為例——這些微小的生物體為何變得如此善於快速獲取？病毒病原體，如 SARS-CoV-2 和(H5N1) 尤其值得注意的是它們適應宿主免疫系統變化的能力。
“生命真的非常善於解決問題。如果你環顧四周，你會發現生命中有如此多的多樣性，所有這些東西都來自一個共同的祖先，這對我來說真的很令人驚訝，”該研究的主要作者、密歇根大學助理教授、進化生物學家路易斯·扎曼（Luis Zaman）在一篇文章中解釋道。陳述。
“為什麼進化看起來如此有創造力？看來這種能力可能是一種自我進化的東西。”
有機體的進化性問題有點棘手，主要是因為它不容易測量。例如，進化可能是由突變引起的，隨著時間的推移，突變會增加物種的適應性，從而為其在環境中生存提供更大的機會。但進化性與適應性不同——它更多地與物種未來獲得適應性的潛力有關。
“進化性的這種前瞻性特徵使其引起爭議，”扎曼補充道。 “我們認為這很重要。我們知道它會發生。我們不太清楚為什麼會發生以及何時發生。我們試圖弄清楚：我們能否在更現實的計算模型中看到進化性的演變？”
為了測試這一點，Zaman 和同事使用名為 Avida 的框架創建了一個計算模型，該模型具有一組三個獎勵邏輯函數和三個有毒邏輯函數。這些邏輯功能可以理解為紅色和藍色漿果，在特定環境下可能有益，也可能有毒。例如，在模型的一種環境中，紅色漿果對人口有益，但藍色漿果有毒。然後，在另一個例子中，情況正好相反。結果是，一個群體不可能在兩種環境中都表現得“好”，而只能在一種環境中取得成功。
然後，該團隊運行了一系列場景，並測量了可進化性在每個場景過程中如何變化。在一種情況下，環境保持不變，這意味著人們不會從吃一種漿果轉向另一種漿果。
在另一種情況下，人們被迫在吃紅色漿果和藍色漿果之間循環。在這種情況下，研究小組發現種群能夠成功地在不同漿果之間來回跳躍。特別是，環境之間的循環導致種群的“突變”顯著增加，使它們能夠成功地在吃紅色或藍色漿果之間切換。
當研究人員創建在每個邏輯功能之間循環的場景時，Avida 中的程序會將自己推入新的“突變鄰域”。這些可以被認為是由計算機代碼組成的多個基因的通路。每次環境切換時，都需要重新配置路徑以吃替代漿果。
“通過進化發現，種群最終佔據的突變鄰域是單個突變能夠重新配置這條路徑的地方，”扎曼補充道。
因此，在這種情況下，當程序（其“遺傳途徑”）內的計算機指令之一（實際上是其“基因”）發生改變時，就會發生“突變”。隨著時間的推移，路徑的重新配置最終使計算機程序群體能夠“進化”，這樣它們就可以成功地生活在紅莓和藍莓專家“隔壁”的社區中。
但時間在多大程度上是這種進化的一個因素呢？好吧，研究人員改變了場景在環境之間循環的頻率。這從人口在一個環境中度過一代人到在一個環境中度過十代，然後到一百代的情況有所不同。有趣的是，他們發現如果環境變化太快，那麼進化能力就不會增加。然而，他們確實發現，即使是相對較長的可能數百代的周期也可以產生進化並維持進化性。
“一旦一個種群實現了這種進化能力，它似乎就不會被未來的進化所抹去，”扎曼說。
這表明，一旦進化變得更擅長進化，它就不太可能消失。
該研究發表在期刊上美國國家科學院院刊。
