戴着镣铐的舞蹈

演化是在自然选择与遗传漂变之间的均衡,是戴着镣铐的舞蹈。

在生命演化过程中,一些物种趋向于越来越复杂,它们在身体构造、体型、行为方式、群体结构等等方面莫不如此。随着进化创造出越来越复杂、越来越大型的生物体,遗传漂变的作用也缓慢稳定地增强。

前面说过, X病毒的基因共有一万个字符。每次突变影响一个字符。我们假设遗传漂变带来的震动幅度是基因的 1%,则其变化的跨度是 \(100 * 100 * 0.01 = 100\) 个字符,它比突变大了100倍,这就是为什么遗传漂变可以帮助X病毒跨过山谷的原因。

病毒一般大小在几十到几百纳米,而细菌的大小在几微米之间,二者的大小相差大约百万倍。

假设有一种 B 细菌,它个头比 X 病毒大多了,结构也复杂不少。它的基因也多了不少,有1000个基因,每个基因有1000个字符。这样,在相同的遗传漂变的震幅下,B细菌的变化跨度是 \(1000 * 1000 * 0.01 = 10000\) 个字符,这个跨度是X病毒的遗传漂变的一百倍。

较大生物体的基因组通常也更为复杂,包含更多重复的、有缺陷的、不活跃的基因。比如人类有两万多个基因,一共30亿个字符,其中只有大约 2% 的字符是明确控制蛋白质生成的,其他的字符有的起到控制作用,有的仅仅是用途不明的 “垃圾DNA”。同样振幅的遗传漂变,作用在人类身上的变化跨度是 \(30亿 * 30亿 * 0.01 = 3千万 \) ,这个跨度是 B 病菌的三千倍,是 X 病毒的三十万倍。

另一方面,生物体个头越大,它需要的生存空间就越大,这意味着较大的生物通常生活在规模较小的种群中。

细菌大约是几亿个体生活在一起,昆虫大约是几千万个体生活在一起,而脊椎动物和树木的群落规模一般在一万以下,那些顶级的掠食者,比如狮子老虎之类的,大约需要几十平方公里才能养活一只。一克粪便中病毒就有 \(10^9\) 个,可以说病毒的群落规模几乎是不计其数。

所以,总的趋势是生物体越大其种群规模就越小。与较小的生物体相比,在较大生物体的较小种群中,遗传漂变的影响也更大,同时自然选择的功效则远远不如。这样,许多有害的等位基因在细菌种群中很快就会被消灭,而在大型动植物种群中却能长期持续存在,就仿佛自然选择对它们视而不见一样。

可以这样看:

微生物的基因库就像是苦行僧的小屋,里面没有一件多余之物。
大型生物的基因库则像是一间业余发明家的地下车库,里面存放着各种零件工具,陈年杂货,甚至只做了一半的物件。

这一团乱糟糟的家什正是下一次创新的伏笔。遗传漂变就是那个业余折腾者,在适当的自然选择作用下,它能够持续地在基因库上东敲西打,修修补补。基因库中那一堆老物件也可以随时用新的方式混搭起来,发挥作用。

总之,基因漂变将演化从自然选择的鼠目寸光中暂时解放出来,使种群不再一味地埋头爬坡,此时种群才有可能在崎岖的地形中探索更大的景观区域,进而演化出更精彩的形式

演化是在自然选择与遗传漂变之间的均衡,是戴着镣铐的舞蹈,它时而奔放,时而踌躇,边走边唱,踯躅前行。