进化是一个事实。然后长期存在的是它如何进行。前者是一个已定论的问题,几乎没有多少智力上的趣味了。后者是进化遗传学和更广泛的进化生物学关注的焦点。这场辩论历史悠久,可以追溯到19世纪,当时阿尔弗雷德·拉塞尔·华莱士(请参阅《万物之因》)这样的纯粹选择论者与几乎整个学术界(例如,“达尔文的斗牛犬”托马斯·亨利·赫胥黎,他不太相信自然选择是进化变革的驱动力)对峙。这种古老的争执为20世纪早期进化生物学与遗传学融合后出现的更激烈的争论埋下了伏笔。这些争论范围广泛,从早期进化遗传学的赖特-费舍尔争议,到20世纪70年代的中性论与选择论之争(在某些情况下留下了不愉快的感受)。在斯蒂芬·杰伊·古尔德(请参阅《进化论的结构》)和理查德·道金斯(请参阅《祖先的故事》)的作品中,可以看到关于选择的力量相对于随机偶然性的争论的卡通化解读:进化是由于偶然事件产生了无限创造性的组合,还是它朝着有限的理想形态发展,填满了可能的参数空间?*
但最终,这些宏观层面的辩论更多的是哲学问题,而非科学问题。至少,直到科学问题摆脱了争议,并出现一个稳定的共识。这只有通过不断积累经受时间考验且足够微妙以说服异议者的研究成果才能实现。这就是为什么Enard等人题为《人类进化中全基因组范围内的普遍正向选择信号》的预印本引起了我的注意。随着基因组学的出现,人类一直是首批被分析的对象,因为通常能从这个物种中找到最好的数据,所以这并不令人惊讶。然而,在过去十年对这一主题来来回回的探索中,这篇论文的显著之处在于什么?**
通过对人类基因组变异模式进行更深入、更细致的观察,该研究小组推断,在过去约10万年里,经典正向选择带来的适应一直是人类基因组的一个普遍特征。这并非一个微不足道的推论,因为在过去十年里,随着全基因组数据集的出现,用于推断选择的种群遗传学统计数据存在很大争议(尤其是容易出现假阳性)。事实上,有研究小组认为,基因组中更主要的 the 驱动力是“背景选择”,它指的是由于大量有害突变和相邻连锁位点的净化而对遗传变异产生的限制。
Enard等人的整体研究可能显得晦涩,甚至在方法上不透明。但每一个要素实际上都相当简单明了。主要观点是,许多基因组选择的测试都集中在非同义突变和同义突变变异之间的差异上。前者指的是基因组中会导致氨基酸状态发生变化的碱基位置,而后者(见第三个位置)则不同碱基可能产生相同的氨基酸。在这些位置上,跨谱系的替换(特定碱基状态的替换)的比例是分子水平上由选择驱动的适应性的粗略衡量。同义位置的变化受负选择的限制较小,而由于新表型带来的适应性增加的正向选择,据推测只通过非同义变化发生。Enard等人指出,人类基因组在特征分布上是不均匀的,而只关注这类成对差异而不考虑其他混淆变量,可能会模糊试图测量的动态。特别是,他们认为,正向选择扫荡的证据被掩盖了,因为背景选择在同义突变替换更可能发生的区域往往更强(即,它们在功能上受到更严格的限制,因此非同义变异会受到不利影响)。这导致了非同义突变区域周围的中性多样性高于同义突变区域。一旦对背景选择的效力进行了校正,作者们就发现了人类基因组中广泛存在的新型适应性变异扫荡的证据,这些证据此前被隐藏了。
来自1000基因组数据集的两个有趣的实证发现。首先,作者发现正向选择倾向于作用于调控元件,而不是编码序列的变化。你可能知道,这是分子进化生物学领域目前的一个主要争论。其次,撒哈拉以南非洲人的正向选择证据似乎较少,或者说,该人群的背景选择较少。我自己的猜测是前者,即横跨欧亚大陆以及向新世界和澳大利亚的迁徙脉动自然导致了当地的适应,因为环境条件发生了变化。尽管也可能非洲的病原环境与人类免疫系统有特别好的适应性,从而对新突变施加了比非非洲人更强的成本。所以,我并非全盘否定第二个想法。
关于选择力量的争论最终将走向何方,没人知道。我也不在乎。更重要的是要获得更精细的动态图谱,以便我们能更清晰地认识现实。必须谨慎从人类身上进行推断(例如,作者指出果蝇基因组在编码序列比例上更丰富)。但由于基因组数据的涌入而出现的人类结果,将为其他生物的可能性提供一个有用的轮廓。
* 卡通化说明是因为我意识到选择本身也是随机的。
** Voight, Benjamin F., et al. "A map of recent positive selection in the human genome." PLoS biology 4.3 (2006): e72., Sabeti, Pardis C., et al. "Detecting recent positive selection in the human genome from haplotype structure." Nature 419.6909 (2002): 832-837., Wang, Eric T., et al. "Global landscape of recent inferred Darwinian selection for Homo sapiens." Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 103.1 (2006): 135-140., Williamson, Scott H., et al. "Localizing recent adaptive evolution in the human genome." PLoS genetics 3.6 (2007): e90., Hawks, John, et al. "Recent acceleration of human adaptive evolution." Proceedings of the National Academy of Sciences 104.52 (2007): 20753-20758., Pickrell, Joseph K., et al. "Signals of recent positive selection in a worldwide sample of human populations." Genome research 19.5 (2009): 826-837., Hernandez, Ryan D., et al. "Classic selective sweeps were rare in recent human evolution." Science 331.6019 (2011): 920-924.














