幸好, \(x\) 不是一个,还有许多它的小伙伴同时生存着。由于每一个小伙伴的基因型都不完全一样,它们之间可能有着几十、几百、甚至几千个字符差别。所以我们可以想象一下,在开始的时候, \(x\) 在A点,它的小伙伴在A点周围有一定距离的范围内,我们将这个范围想象为圆形好了。如果假设基因型之间单个字符的变异的跨度为一米的话,这个圆形的半径可能有几百米到几公里之间。我们将 \(x\) 的所有同伴视作一个种群,称为X病毒。这样我们就可以指出,一开始时,X病毒出现在景观中以A点为中心半径为一公里的范围内。
进化是一个群体现象,而不是个体现象。
打个比方,有4种从浅到深决定人肤色的基因。小明同学只能有一种肤色,但是我们不能否认他的弟弟妹妹以及他的同学,可以有更深或者更浅的肤色。所以,这四种肤色都属于小明的族群。小明小时候在广西桂林,他肤色偏深,他同学中肤色偏深的也多。后来小明同学到东北哈尔滨读大学,他一定会发现,此时同学中肤色偏浅色的比较多。
小明同学进入社会后,决定做一个丁克,不要孩子了。那么小明同学的深肤色基因灭绝了吗?没有,小明的弟弟妹妹和同学们还生活在南方,他们有家庭繁育后代。
个体是不能长期生存的,种群才行。
前面假定的四种决定肤色基因,被称为等位基因。因为它们位于染色体上的同一处位置,决定着人的同一个特性,竞争上岗。
为了理解方便,有几个概率需要澄清一下。我们常说的基因其实更应该称之为基因座,基因座是染色体上一段固定长度的DNA,通常决定生物的某个特性。如果将染色体看作一条街道的话,你可以把基因座看成是街道上的一个门牌号码,这个地址可以由这个基因的所有等位基因来住。当然,一次只能有一位住客。当个体出生时,这条街道上的所有住客都确定好了。
人有46条染色体和两万多个基因。也就是说人这个城镇有46条街道,大约2万多居民。
每个基因座上的等位基因,在理论上是该DNA片段的所有排列组合。比如,假设一个基因长10位,由于每位可以是A、C、G、T四个字母之一,则其理论上等位基因的数量是 \(4^{10}\) 个,大约一百万种。但是,由于DNA决定了酶和蛋白质的合成,这些酶和蛋白质参与了各种维系生命存续的过程。前面这一百万种理论上的等位基因中,大部分都是字符的随机组合,它们无法生产出维持正常生命过程所需要的蛋白质和酶,所有是无效的。一般而言,一个基因上大约只有几种到几百种可以正常运行的等位基因。
也许街道的比喻过于简单,我们这样看吧。一条染色体就相当于一条流水生产线,从头到尾,它上面的排列的基因就相当于流水线上的一个工位,每个工位都需要一名工人。这个工位上的工人是谁呢?是具备这个工位技能的一名工人 — 也就是该基因座的等位基因。有的工位只有三名特定的工人可以胜任,有的工位则有一百名工人可以干。
我们将种群的所有等位基因合在一起,称为基因库。种群中任何个体的基因,都是该基因库中全部基因的一部分。
所以,演化的实质是,一是改变种群基因库中的等位基因之多少,二是改变各个等位基因的出现频率。
还有一种罕见的情况是,演化中往基因库中添加了新的基因,这相当于在流水生产线上添加新工位,或者新增了一条流水线。这种情形非常罕见,每次发生都影响很大。比如20亿年前某个古菌吸纳了细菌的全套基因,将之作为自己的线粒体,从此变成了真核生物。在这种情况下,变化前后的个体之间可能产生生殖隔离,成为不同的物种。
现在回到X病毒上来。
当X病毒在演化时,不是单个病毒在行进,而是所有存活的基因型组成的病毒大军在开拔,是一个覆盖了适应度景观上几平方公里的大军团。这种演化相当于有亿万个进程的并行运算,这带来了极大的加速,使得X病毒作为种群的适应速率远远快于单一个体的爬坡速度 —— 快到好像登山者们可以俯视地图一样。
在这种情况下,X病毒种群会向最近的山峰快速集结,聚集到了B点。不能到达B点的X病毒,逐渐由于不能抵抗Y疫苗而灭绝了。此时我们可以说,X病毒的种群在B点。
这里 可以看到种群判断山峰的模拟动画。
适合度景观呈现了自然选择的作用:将一个种群推向山峰。
从一个山峰到达另一个更高的顶峰,也就是从一个方案过渡到另一个更好的方案,生物种群必须先跨越两座山峰之间的山谷,而自然选择是禁止这个跨越的。自然选择不懂以退为进,只会埋头爬山,很容易将种群卡在最近的山峰上。曾经的绝大部分物种,就这样只是位于局部山峰上,成为历史长河里的泡沫。
征服绵延的群山,自然选择必不可少,但远远不够。山峰越多,地形越崎岖,越是要有创造性的办法。
此时,还是休厄尔·赖特出面解决了困局。