自然选择是进化背后的主要推动力吗?达尔文关于进化机制的伟大见解是,一个生物种群总是存在巨大的变异——有些个体羽毛更多,脂肪更少,或者攻击性更强——而其中一些变异使得拥有这些变异的个体比其他个体更繁盛,繁育更多的后代。经过许多代,这些性状在整个种群中变得更加普遍。如果把适应度想象成特定生态景观中一个召唤性的山峰,那么自然选择就应该是一个稳定地将物种向上推的过程。
无数的实验证明了自然选择是真实存在的,并且相当强大。然而,考虑到决定适应度的基因相互作用的复杂性,生物学家们一直怀疑自然选择很少能让一个物种笔直地攀登进化的高峰。然而,直到现在,一直很难找到数据来支持这种怀疑。
不列颠哥伦比亚大学的生物学家 Dolph Schluter 一直在研究三刺刺鱼,这是一属生活在加拿大西部的鱼类。13000年前,当冰川从该地区退去时,刺鱼侵入了新形成的湖泊,并随着时间的推移形成了新的物种。Schluter 捕获了一个物种的一些个体,该物种已经进化成一种体型庞大、笨重、看起来凶猛的形态,它们通过吸入沉积物到宽大的嘴里来谋生。Schluter 测量了它们生活方式的许多重要性状,然后进行了育种。当它们的后代成熟后,他重复了测量。当然,基因的混合意味着第二代并不是其父母的翻版——各种不同的形态是刺鱼基因内在变异性的体现。
但是,代际之间的变异并非随机;相反,所有性状都是一起变化的。一条异常长的刺鱼也异常肥胖,嘴巴很宽。同样,一条短的刺鱼也总是苗条且嘴巴狭窄。这是因为基因构建我们身体的方式。宽大的嘴巴是许多基因共同作用的结果,而不仅仅是一个基因,而这些基因中的许多也参与了创造其他性状。
这种个体刺鱼变异模式的奇特之处在于,整个物种以同样的方式进化。Schluter 研究的肥胖、宽嘴的物种,起源于最初侵入该地区湖泊的、更短、更苗条、嘴巴更窄的物种。短、苗条、嘴巴狭窄这些性状至少在13000年来一直与刺鱼联系在一起。即使自然选择可能偏好,例如,一条长而苗条、嘴巴宽的刺鱼,但这些性状的连锁基因会阻止——数千年来——这种形态的出现。
Schluter 发现,进化与变异之间的联系并非偶然。他研究了从麻雀、雀和老鼠等其他物种那里获得的类似测量数据。在所有情况下,进化都偏向于基因变异最容易产生的体型。对于他研究的一些物种,遗传限制持续了400万年。Schluter 的研究表明,这种对自然选择的基因上的制约比任何人原先设想的都要持久得多。
Schluter 喜欢将这种偏见称为“遗传上的最小阻力路径”。当自然选择试图改变动物的某个特征——比如嘴巴的宽度——时,其他性状也随之改变,因为相同的基因控制着许多性状。Schluter 说,沿着某些方向改变比沿着其他方向更容易。
Schluter 说,在非常长的时间尺度上,自然选择最终会打破由这种连锁遗传性状施加的限制。它试图将物种稳定地向上引导,但连锁的变异不可避免地会将这种向上的趋势延迟数百万年。Schluter 说:“我们确实期望一个物种能够达到选择所指导的那个点。它只是会绕远路而已。”














