我们在自然界中随处可见自然选择的证据,比如长颈鹿的长脖子在进化上是为了达到竞争者无法触及的高处植被。我们知道,自然选择塑造了动物和植物的进化和适应方式。但自然选择是否也会影响生物体的进化能力呢?如果是,影响程度如何?

12月4日,发表在《Science》杂志上的一项新研究提示了这个问题的答案。苏黎世大学和圣菲研究所的Andreas Wagner领导的研究小组,将一种海洋无脊椎动物的黄色荧光蛋白的种群置于两种不同类型的选择压力下—弱选择和强选择,以找出哪种选择压力能更有效地增强进化能力。实验中的进化终极目标是让蛋白质种群从黄色荧光进化到绿色。研究小组发现,在强选择下的群体赢得了绿色进化赛,因为这些种群发生了突变,使它们变得更加强壮,因此进化能力更强。

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"据我们所知,这是第一个实验证明,选择可以推动达尔文意义上的适应能力,并增加可进化性,"Wagner说。"还有人质疑进化是否真实存在。但我们不只是看化石,在那里我们有历史记录。我们在实验室里观察进化。"

由于进化生物学领域内普遍认为弱选择为生物体的进化能力提供了优势,因此该小组发现强选择导致了更大的稳健性,这是进化成功的关键要求。研究小组观察到,在强选择下的蛋白质积累了突变,在更大程度上增加了它们的健壮性。

"这一发现对我来说是一个真正的惊喜,因为它表明对健身的选择与对稳健性的选择并不冲突,这与以前的工作形成了鲜明的对比,"第一作者Jia Zheng(苏黎世大学)评论道。"虽然蛋白质遇到的大多数突变会损害它们的稳定性或正确折叠的能力,但增强稳健性的突变实际上减轻了这种有害影响。健壮性蛋白质有更高的机会发挥作用,从而进化出新的性状。"

Wagner希望这项研究能够帮助解决长期以来关于生物体本身能否进化的争议。"有些人认为,自然选择对可进化性的影响一定不是很直接,它一定是被适应性的选择所推翻的,"他说。"但现在我们有一种情况,两者齐头并进。换句话说,这种争论是没有必要的。"

论文标题为《Selection enhances protein evolvability by increasing mutational robustness and foldability》。