世界太吵,来原声听播客

This Week in Evolution

同样是溪流之间搬家,刺鱼的适应差距比搬去湖泊还大

瑞士伯尔尼团队让刺鱼在四条看似相似的溪流和一个湖之间互相搬家做野外实验,发现同类生境之间的本地独有适应,贡献了67%的适应度优势,比生境本身差异的贡献还大。

进化生物学生态学田野实验刺鱼平行进化寄生虫

原视频在 YouTube 上放不出来,用音频听:

拆穿了「相似生境=趋同适应=可预测」这个在生态学里被默认太久的假设,也提醒做基因定位的人:看起来一样的进化路径,底下可能完全不是一回事。

核心论点 · 点时间戳可跳到原声

8:23

论文想拆的,是进化到底是不是噪音

这期讨论的论文刚发表在PNAS上,作者来自瑞士伯尔尼大学生态与进化研究所,通讯作者Katie Peichel此前在西雅图Fred Hutch癌症中心做刺鱼行为遗传学,后来把实验室搬到瑞士,转向更偏田野生态的方向。论文标题是「拆解一个经典重复进化系统中独特的、位点特异性的和共享的栖息地适应」,核心问题是:当同一个物种在多个相似环境里独立进化出相似性状时,这到底是适应性选择的结果,还是只是随机漂变凑巧长得像。

— Nels
24:58

传统的双向移植实验漏掉了第三种比较

生态学里研究这类问题的标准做法是互惠移植实验:把湖里的鱼挪到溪流围栏里,再把溪流的鱼挪到湖里围栏里,看谁适应得更好。但作者指出,这只能告诉你湖和溪流差异大,却没法回答「看起来相似的几条溪流之间,是不是其实也存在重要的、未被注意到的差异」。于是他们额外设计了第三种比较:把一条溪流的鱼挪到另一条溪流的围栏里,与当地原生鱼竞争资源,从而能把「溪流间差异」和「溪流与湖泊间差异」分开来算。

— Nels
28:12

715条鱼、55个围栏、七周野外实验

具体规模是:一个湖泊种群(Lake Constance)加四条相邻溪流种群,用围栏把鱼圈在各自的移植地点里,一共用了715条鱼、55个围栏,放养七周后回收,统计存活率和「身体状况」两项适应度指标。存活率是最直接但也最严苛的适应度衡量——活下来才算数;身体状况则是补充指标,衡量即便活下来,鱼有没有因为被移植而掉膘、间接影响繁殖能力。

— Nels
31:14

湖里比溪流里好活得多

总体结果是:无论原生种群还是被移植进来的种群,在湖泊里的存活率都明显高于在溪流里,溪流是更艰苦的栖息地。这本身不算意外,符合湖泊资源更稳定、溪流水流和捕食压力更不可预测的一般认知。

— Nels
33:29

溪流之间的适应代价反而更突出

真正让人意外的是图5里的数字:溪流对溪流的适应度差异,相对于溪流对湖泊的适应度差异,大约是两倍。也就是说,把一条溪流的鱼挪到另一条「看起来差不多」的溪流,付出的适应度代价,比把它挪到完全不同的湖泊环境还要大。作者进一步拆分发现,本地种群相对外来湖泊种群的总适应度优势中,33%来自对溪流间共同选择压力的适应,67%来自对每条溪流独有的局部条件的适应——后者才是大头。

— Nels/Vincent
37:06

看着一样的趋同进化,底下可能走了不同的路

这个结果的含义是:当生物学家从10000英尺高空看,几条溪流种群进化出相似的形态性状,很容易被归为「平行进化」「殊途同归」。但这项实验说明,表面相似的性状背后,驱动适应的具体环境压力和路径可能各不相同。对习惯用还原论思路——找到一个性状对应哪个基因——的生物医学科学家来说,这是个警示:你可能把本该分别研究的多条适应路径,错当成了同一套遗传机制在处理。

— Nels
48:44

人类世代太短,复刻不了刺鱼式实验

刺鱼一到两年一代,这四条溪流种群从上一次冰川期退却、约12000年前才各自独立分化,换算成人类世代也就6000代左右。人类一代20到30年,要看到类似的位点特异性适应,需要长得多的时间尺度,外加地理隔离——不同大陆、不同山脉。人类历史上确实有安第斯高原适应、乳糖耐受这类地区性适应,但都要花上千年并伴随种群隔离才能形成,而现代人流动性太强,这类局部适应很难再快速发生。

— Vincent/Nels
58:02

CCR5突变比HIV还古老,选择压力来源成谜

人类身上一个类比案例是Delta-CCR5突变,携带者对HIV-1有抵抗力,但这个突变大约有2000年历史,比HIV出现(大约100年前,1920年代左右)古老得多,携带者约占人口16%、主要在欧洲,真正的选择压力来源至今不清楚。这个突变后来在「柏林病人」身上意外发挥了作用:一名白血病患者接受了携带CCR5突变供体的骨髓移植,不但白血病缓解,HIV也因为病毒找不到可感染的细胞而被功能性治愈。

— Vincent/Nels

原话 · 已逐字校验

what was really interesting here or surprising, I should say, is that the fitness difference between stream to stream was like 2x relative to – from stream to stream relative to stream to lake

真正有意思、或者说让人意外的地方在于,溪流对溪流的适应度差异,相对于溪流对湖泊的适应度差异,大约是两倍。

Nels32:24

the fitness consequence of moving from stream to stream is actually much more sort of noted or surprisingly came out of their data

从一条溪流搬到另一条溪流所付出的适应度代价,实际上在数据里显得更突出、也更出人意料。

Nels33:29

of the total fitness advantage of local stream fish versus foreign lake fish, 33% reflected adaptation to selection pressures among streams

本地溪流鱼相对外来湖泊鱼的总适应度优势中,33%反映的是对溪流间共同选择压力的适应。

Vincent34:39

these almost like kind of creepy translucent, transparent or kind of opaque actually white worms that are various species of worms

那是一种半透明、甚至有点诡异的白色寄生虫,有好几个不同的物种。

Nels39:13

the predictability of evolution depends on the ecological resolution at which environments are defined and measured. At coarse scales, evolutionary change may often appear repeatable, whereas at finer scales, natural selection can generate a mosaic of distinct adaptive responses.

进化是否可预测,取决于定义和测量环境所用的生态分辨率。在粗尺度下,进化变化常常显得可重复;而在细尺度下,自然选择可能产生一幅由各不相同的适应性反应拼成的马赛克。

Nels45:21

these four streams in this paper, they diverged only since the last glaciation, which is about 12,000 years ago or 6,000 human generations

论文里这四条溪流,分化的时间只从上一次冰川期退却算起,大约12000年前,换算成人类世代大概是6000代。

Vincent48:44

this thing is about 2,000 years old, so it predates HIV. And we don't know what the selection one is. It's only in certain, it's about 16% of the human population, mostly Europe.

这个突变大约有2000年历史,比HIV出现得还早,我们并不知道当初是什么选择压力造成的。它只存在于一部分人群里,大约占人类人口的16%,主要集中在欧洲。

Vincent58:02

数字与实体

实验规模715条鱼、55个围栏28:12
实验时长七周28:12
溪流间适应度差异相对溪流-湖泊差异的倍数约2倍32:24
总适应度优势中归因于溪流间共同选择压力的比例33%34:39
总适应度优势中归因于溪流独有局部条件的比例67%34:39
刺鱼世代时间1-2年48:44
人类世代时间20-30年48:44
四条溪流分化年代约12000年前(约6000个人类世代)48:44
CCR5-Δ32突变年龄约2000年58:02
HIV出现至今的时间约100年(1920年代左右)59:03

术语

reciprocal transplant互惠移植实验
把两个种群的个体互换放到对方栖息地,比较双向适应度变化
parallel evolution / repeated evolution平行进化(重复进化)
不同种群独立进化出相似性状,可能出于适应也可能出于偶然
behavioral fever行为性发热
变温动物感染后主动游向更暖环境、以体温变化对抗病原的行为
CCR5-Δ32CCR5-Δ32突变
使细胞表面受体缺失、让HIV难以入侵免疫细胞的基因突变

收听指南

谁该听

对进化生态学田野实验、刺鱼模式系统或「趋同进化是否真的趋同」这类问题感兴趣的研究者和科学爱好者。

可跳过

开场约8分钟的个人寒暄和聊天记录、以及结尾的音乐/新闻类picks环节可以跳过。