基因突变与物种形成：一个复杂而精妙的演化过程

基因突变与物种形成：一个复杂而精妙的演化过程

2024年7月，一项发表在《自然·生态学与进化》杂志上的研究引起了广泛关注。该研究通过追踪细菌和古细菌中的“标记”基因，将地球生物的“最近共同祖先”追溯到了42亿年前，比此前认为的时间又提前了数亿年。这一发现不仅改写了我们对生命起源的认知，也为我们理解物种形成和演化提供了新的线索。

物种形成（speciation）是指物种起源的演化过程，是演化生物学领域研究的核心科学问题之一。从“神创论”到“拉马克学说”，再到达尔文的“自然选择学说”，人类对物种形成的认识经历了漫长的过程。现代综合演化论将物种形成研究带入了基因时代，明确了群体是物种组成和形成的基本单位，生殖隔离是物种形成的必要条件。

“生殖隔离”是物种形成过程中的关键概念。它指的是不同物种之间存在的交配障碍，这种障碍可以是地理上的（如山脉、河流的隔离），也可以是生理上的（如繁殖时间的不同）。生殖隔离一旦形成，就为新物种的独立演化创造了条件。

在物种形成的过程中，不同群体之间首先会产生一定程度的生殖隔离，使得各群体更易在群体内部交配产生后代，从而形成独立的演化谱系；进而导致等位基因在各自群体内进行谱系筛选、固定以及新突变的积累，在群体水平上形成稳定的遗传分化；不同形态特征也将在各自群体中固定或产生新的性状，导致群体间出现形态特征差异。

基因突变是生物遗传物质发生的突然而可遗传的变化，是遗传变异的重要来源。然而，基因突变在物种形成中的作用却远比我们想象的要复杂。

美国数学家诺伯特·维纳曾指出：“信息就是信息，而不是物质或能量。任何不承认这一点的唯物主义都不可能在当今生存下去。”从信息论的角度来看，基因突变虽然可以改变生物的某些特征，但这种改变往往是有限的，难以产生全新的生物形态。

以果蝇为例，果蝇是遗传学研究中的模式生物。1910年，美国遗传学家摩尔根在实验室中发现了一只白眼雄果蝇，通过与红眼雌蝇杂交，揭示了基因位于性染色体上的伴性遗传规律。此后，果蝇的研究为遗传学和生物学的发展做出了巨大贡献。然而，尽管果蝇可以产生各种突变体，但这些突变并没有使其变成另一种生物，而是仍然保持着果蝇的基本特征。

最新的科学研究表明，基因突变虽然可以产生遗传变异，但这些变异往往是有害的，且难以通过自然选择产生重大的创新。正如德国科学家沃尔特·吉特所言：“这一观点是进化论的核心，但突变只能引起现有信息的变化。信息不可能增加，一般来说，结果是有害的。新功能或新器官的新蓝图不可能出现；突变不可能成为新（创造性）信息的来源。”

这并不意味着基因突变在物种演化中毫无作用。事实上，突变、自然选择和生殖隔离等因素共同作用，推动了物种的演化。但仅靠基因突变，是无法创造出全新的物种的。正如英国布里斯托尔大学的研究团队在最新研究中所指出的，物种的演化是一个极其复杂的过程，需要多种因素的共同作用。

对物种形成和生命演化的理解，人类仍在不断探索中。基因组学的发展为我们提供了新的研究工具和视角，使我们能够更深入地理解物种形成的分子机制。但正如“最近共同祖先”的发现所揭示的，生命的演化历程远比我们想象的要复杂和神奇。科学探索的道路永无止境，对生命本质的追寻，也将继续激励着人类不断前行。