进化树为什么没有回路？不存在进化错误后的「回退」或是反向进化么？
这个问题触及了进化生物学中最核心的几个概念，而且我理解你想要的是一种深入的、非机器生成的解释。所以，咱们就掰开了揉碎了聊聊，为什么你看到的进化树是一棵树，而不是一张网，更不是一个带有“回头路”的迷宫。
进化树的本质：关系的“表征”
首先，咱们得明白进化树究竟是个啥。它不是真的像你我画画那样，拿枝笔在那儿钩钩画画，把生物一个个排上去。进化树，本质上是对生物之间 亲缘关系 的一种 数学模型和可视化表达。它试图告诉我们，在漫长的生命史中，不同的生物群体是如何从共同的祖先那里分化出来的。
想象一下你的家族谱。你和你的表兄弟姐妹，你们的共同祖先是你们的爷爷奶奶（或者外公外婆）。从爷爷奶奶那里，你们这一支分出去，你爸爸（或妈妈）那一支又分出去，然后形成了你们这一代。你的爷爷奶奶的兄弟姐妹，他们也分出去，形成了他们的后代，也就是你的表亲们。这个家族谱，就像一棵倒着长的大树，根是你的曾祖父母，然后是爷爷奶奶，再往上是曾曾祖父母，往下是爸爸妈妈，最后是你和你的兄弟姐妹。
进化树也是这个逻辑。只不过，这个“祖先”不是某一个具体的个体，而是一个 古代的、已经灭绝的种群。从这个古老的种群里，分化出了不同的子种群，这些子种群又继续分化，最终形成了我们今天看到的，或者通过化石了解到的各种生物。
为什么进化树“没有回路”？——分歧而非重复
那么，为什么这棵“生命之树”没有回路呢？原因很简单： 进化是一种“分歧”的过程，而不是“重复”或“回头”的过程。
1. 时间的单向性： 时间只会往前走，不会往后退。进化也遵循这个基本法则。一旦一个种群分化了，比如因为地理隔离、生态位差异，它们开始积累不同的基因突变，适应不同的环境，它们就走上了两条不同的进化道路。即使将来有一天，它们又碰到了，或者环境变得非常相似，它们也不会“忘掉”过去经历过的所有变化，然后“变回”同一个祖先的模样。
2. 累积性的改变： 进化不是橡皮泥，可以随意捏来捏去。每一次分化，都意味着基因组上发生了一系列的变化，这些变化是 累积 的。即使是微小的突变，在漫长的时间里，一代又一代地传递和积累，最终会汇聚成相当大的差异。你不能让一个已经进化出翅膀的鸟，“变回”一只没有翅膀的祖先，除非是偶然出现了一个让翅膀退化的基因突变，导致翅膀变得很小很残疾，但这并不是“回退”到那个没有翅膀的祖先。
3. “回退”的误解： 你提到的“进化错误后的回退”，其实是对进化机制的一种误解。
“错误”的定义： 在进化语境下，没有绝对的“错误”。每一个适应环境的改变，无论多么出乎我们意料，都可以被视为一次成功的“适应”。一个之前被认为是“正确”的基因，在新的环境下一旦变得“不适应”，它就会被自然选择淘汰。而一个之前看起来“错误”的突变，如果恰好在这个新环境中变得有益，它就可能被保留下来。
“回退”的可能： 某些“退化”现象，比如鱼类在黑暗洞穴里眼睛退化，或者寄生生物失去某些器官，看起来像是“回退”。但这并非真正意义上的“回到祖先状态”。这是 适应新环境 的结果。在洞穴里，视力不重要，反而消耗能量。眼睛的退化（基因突变导致功能丧失）在这个环境下是有利的，因为可以节省能量。但这个过程并非是“撤销”了眼睛这个结构，而是原有基因的功能在自然选择下被“阉割”了。而且，即使眼睛退化了，它的基因序列可能依然保留在基因组里，只是不表达了，或者被其他基因影响了。这不是“走回头路”让你看到一个没有眼睛的祖先。
那么，为什么看起来有时候会有“相似性”？——趋同进化
你可能会问，为什么有些不相关的生物，比如蝙蝠的翅膀和鸟的翅膀，甚至鱼的鳍，看起来都像是为了“飞行”或者“游泳”而生的？这就是 趋同进化（Convergent Evolution）。
趋同进化是指，在不同的物种或谱系中，由于它们面临相似的 自然选择压力，从而独立进化出了 相似的结构或功能。例如，飞行能力，无论是鸟类、蝙蝠（哺乳动物）还是已灭绝的翼龙（爬行动物），它们都独立地进化出了翅膀。但这并不意味着蝙蝠是“回退”到了鸟的祖先，或者鸟是“回退”到了爬行动物的祖先。
这些相似之处，在进化树上会被处理成 不同的分支，但这些分支的末端（代表目前的生物）可能会在 形态或功能上 呈现出“相似性”。进化树关注的是 遗传上的分歧点，而不是表型（外观和功能）的相似性。
反向进化（Reverse Evolution）真的不存在吗？
严格来说，我们说的“反向进化”通常是指 基因或性状的“退化”。就像上面说的，眼睛退化，或者一些古老的基因组区域在漫长进化中被删除了。
基因层面： 有时，一个基因的功能可能会因为突变而丧失，或者被其他功能更强的基因取代。从这个角度看，似乎是“退化”了。比如，许多陆地脊椎动物失去了游泳能力，它们的游泳相关基因可能发生了改变或沉默。
复杂性层面： 有些生物会为了适应特定环境而简化它们的结构。比如，寄生虫通常比它们的自由生活的近亲拥有更简单的身体结构，因为它们依赖宿主提供营养和保护，某些功能（如消化系统）就可能退化。
但再次强调，这些 “退化”并非是在进化树上画一个箭头指回去。它们是 在当前的时间节点上，沿着现有进化路径上的变异。它不是“回到过去”，而是“适应了现在”。
总结一下：
进化树没有回路，是因为：
进化是分化，而非回溯。 时间单向，基因改变累积。
“错误”是相对的，适应是绝对的。 所谓的“退化”是适应新环境的表现，并非回到过去的祖先状态。
趋同进化产生相似性，但不影响分支关系。 进化树反映的是亲缘关系，而非形态功能上的巧合。
进化树就像一个不断延展、不断分叉的叙事，讲述的是生命如何从古老的根源，经历无数次的分化和适应，才变成了今天我们所见到的万千物种。它是一条向前、向上、向外延伸的道路，没有提供“后悔药”和“时光机”。
进化树的本质：关系的“表征”
首先，咱们得明白进化树究竟是个啥。它不是真的像你我画画那样，拿枝笔在那儿钩钩画画，把生物一个个排上去。进化树，本质上是对生物之间 亲缘关系 的一种 数学模型和可视化表达。它试图告诉我们，在漫长的生命史中，不同的生物群体是如何从共同的祖先那里分化出来的。
想象一下你的家族谱。你和你的表兄弟姐妹，你们的共同祖先是你们的爷爷奶奶（或者外公外婆）。从爷爷奶奶那里，你们这一支分出去，你爸爸（或妈妈）那一支又分出去，然后形成了你们这一代。你的爷爷奶奶的兄弟姐妹，他们也分出去，形成了他们的后代，也就是你的表亲们。这个家族谱，就像一棵倒着长的大树，根是你的曾祖父母，然后是爷爷奶奶，再往上是曾曾祖父母，往下是爸爸妈妈，最后是你和你的兄弟姐妹。
进化树也是这个逻辑。只不过，这个“祖先”不是某一个具体的个体，而是一个 古代的、已经灭绝的种群。从这个古老的种群里，分化出了不同的子种群，这些子种群又继续分化，最终形成了我们今天看到的，或者通过化石了解到的各种生物。
为什么进化树“没有回路”？——分歧而非重复
那么，为什么这棵“生命之树”没有回路呢？原因很简单： 进化是一种“分歧”的过程，而不是“重复”或“回头”的过程。
1. 时间的单向性： 时间只会往前走，不会往后退。进化也遵循这个基本法则。一旦一个种群分化了，比如因为地理隔离、生态位差异，它们开始积累不同的基因突变，适应不同的环境，它们就走上了两条不同的进化道路。即使将来有一天，它们又碰到了，或者环境变得非常相似，它们也不会“忘掉”过去经历过的所有变化，然后“变回”同一个祖先的模样。
2. 累积性的改变： 进化不是橡皮泥，可以随意捏来捏去。每一次分化，都意味着基因组上发生了一系列的变化，这些变化是 累积 的。即使是微小的突变，在漫长的时间里，一代又一代地传递和积累，最终会汇聚成相当大的差异。你不能让一个已经进化出翅膀的鸟，“变回”一只没有翅膀的祖先，除非是偶然出现了一个让翅膀退化的基因突变，导致翅膀变得很小很残疾，但这并不是“回退”到那个没有翅膀的祖先。
3. “回退”的误解： 你提到的“进化错误后的回退”，其实是对进化机制的一种误解。
“错误”的定义： 在进化语境下，没有绝对的“错误”。每一个适应环境的改变，无论多么出乎我们意料，都可以被视为一次成功的“适应”。一个之前被认为是“正确”的基因，在新的环境下一旦变得“不适应”，它就会被自然选择淘汰。而一个之前看起来“错误”的突变，如果恰好在这个新环境中变得有益，它就可能被保留下来。
“回退”的可能： 某些“退化”现象，比如鱼类在黑暗洞穴里眼睛退化，或者寄生生物失去某些器官，看起来像是“回退”。但这并非真正意义上的“回到祖先状态”。这是 适应新环境 的结果。在洞穴里，视力不重要，反而消耗能量。眼睛的退化（基因突变导致功能丧失）在这个环境下是有利的，因为可以节省能量。但这个过程并非是“撤销”了眼睛这个结构，而是原有基因的功能在自然选择下被“阉割”了。而且，即使眼睛退化了，它的基因序列可能依然保留在基因组里，只是不表达了，或者被其他基因影响了。这不是“走回头路”让你看到一个没有眼睛的祖先。
那么，为什么看起来有时候会有“相似性”？——趋同进化
你可能会问，为什么有些不相关的生物，比如蝙蝠的翅膀和鸟的翅膀，甚至鱼的鳍，看起来都像是为了“飞行”或者“游泳”而生的？这就是 趋同进化（Convergent Evolution）。
趋同进化是指，在不同的物种或谱系中，由于它们面临相似的 自然选择压力，从而独立进化出了 相似的结构或功能。例如，飞行能力，无论是鸟类、蝙蝠（哺乳动物）还是已灭绝的翼龙（爬行动物），它们都独立地进化出了翅膀。但这并不意味着蝙蝠是“回退”到了鸟的祖先，或者鸟是“回退”到了爬行动物的祖先。
这些相似之处，在进化树上会被处理成 不同的分支，但这些分支的末端（代表目前的生物）可能会在 形态或功能上 呈现出“相似性”。进化树关注的是 遗传上的分歧点，而不是表型（外观和功能）的相似性。
反向进化（Reverse Evolution）真的不存在吗？
严格来说，我们说的“反向进化”通常是指 基因或性状的“退化”。就像上面说的，眼睛退化，或者一些古老的基因组区域在漫长进化中被删除了。
基因层面： 有时，一个基因的功能可能会因为突变而丧失，或者被其他功能更强的基因取代。从这个角度看，似乎是“退化”了。比如，许多陆地脊椎动物失去了游泳能力，它们的游泳相关基因可能发生了改变或沉默。
复杂性层面： 有些生物会为了适应特定环境而简化它们的结构。比如，寄生虫通常比它们的自由生活的近亲拥有更简单的身体结构，因为它们依赖宿主提供营养和保护，某些功能（如消化系统）就可能退化。
但再次强调，这些 “退化”并非是在进化树上画一个箭头指回去。它们是 在当前的时间节点上，沿着现有进化路径上的变异。它不是“回到过去”，而是“适应了现在”。
总结一下：
进化树没有回路，是因为：
进化是分化，而非回溯。 时间单向，基因改变累积。
“错误”是相对的，适应是绝对的。 所谓的“退化”是适应新环境的表现，并非回到过去的祖先状态。
趋同进化产生相似性，但不影响分支关系。 进化树反映的是亲缘关系，而非形态功能上的巧合。
进化树就像一个不断延展、不断分叉的叙事，讲述的是生命如何从古老的根源，经历无数次的分化和适应，才变成了今天我们所见到的万千物种。它是一条向前、向上、向外延伸的道路，没有提供“后悔药”和“时光机”。
网友意见
你看的进化树没那么画而已。你完全可以自创一种带有逆向分支的进化树画法，只是这未必有必要。
“某个性状演化得越来越不适应当前环境”“环境变化导致某个性状还不如过去的性状有效”都是很常见的，这不包含什么“正确”“错误”的判断。性状可以“回退”，但这不必画什么特定的逆向分支。
- 进化并没有进步的含义，只是表示“生物的可遗传性状在世代间积累的变化”，反映的是种群内基因频率的改变。你喜欢的话，可以根据种群内的基因多样性丰度绘制每个分支的走势图，这会让许多物种分支的线条剧烈振荡，每个灭绝物种最终震回了底线——对许多古生物门级分类来说，这样画的进化树就像个垂柳了。
- 演化没有长远的预见性，缺乏特定的方向，由此塑造的生物性状可能低效、冗余、随机地走上歧途或缺失，而后适应环境而削减冗余部分、将剩余部分的功能调整等等。
退化就是跟“反向进化”类似的词语。退化不是进化的反义词，也不是“过去放弃了的特征突然重新长了出来”，而是“生物在个体发生或系统发生的过程中，特定的器官、组织、细胞或整个身体逐渐缩小，结构逐渐变得简单乃至消失”的现象。
- 个体发生中的退化，在不可逆的场合接近“萎缩”，在暂时脱分化、日后再分化的情况下则接近“返老还童”，例如灯塔水母、海月水母等生物可以从水母体变为水螅体，那之后可以再发育成水母体。
- 系统发生中的退化，例如内寄生虫的消化系统基本消失、许多洞穴生物的眼睛基本消失、人类的尾巴只剩一点尾骨，在有适应意义的场合表示退行性进化。
具体到某个同源器官的性状上，进化与退化反复横跳都是很正常的事情。
也可以看人自己的表演：
人类有返祖现象，那历史上有没有人类长成其他哺乳动物甚至爬行动物的样子的情况？
“已经退化的生物特征不能再次演化出来”之类不准确说法，是对“多洛定律/Dollo's law of irreversibility”的常见误解。该定律是比利时古生物学家路易斯·多洛在1893年提出的，本来是说：
- 在概率上，物种不可能两次遵循完全相同的进化轨迹。
- 在不同物种的生物身上出现的完全相同的复杂器官，在概率上不可能是各自独立演化的产物，而一定是同源器官。
例如，鸟要是有一天又长出了前爪，应该是用翅膀演化出来的或是用和翅膀相关的基因指导的，而不是凭空捏出一组新爪子来。
由于在19世纪末的一般读者看来“学术界普遍不说人话”，这个本来十分简单的说法在反复传播中被误解为“进化是不可逆的，生物退化掉的结构和器官不能在任何过程中以同样的形式出现”——这个理解是完全错误的，反例众多。
- 读者是人类的话，灵长类的颈部肌肉、胸肌区和上肢肌肉就是这玩意的反例[1]，你就是战胜了“演化不可逆法则”的可怕物种——实际上根本没有这种法则。
- 蛙类在2.3亿年前退化了下颌骨的牙齿，但Gastrotheca guentheri在时隔2.1亿年后又在下颌骨上长出了非常类似牙齿的构造，有珐琅质和象牙质[2]。
- 竹节虫的一些种类一度放弃了翅膀，后来又长出了翅膀[3]。
- 在漫长的时间里，许多腹足纲动物的壳从复杂的螺旋卷曲逐渐简化，直到在一些目里成为单纯的片状。从一亿年前到两千万年前，舟螺都是简单的片状壳，但是那之后一些舟螺从这个状态搞出了新的卷曲状壳。
“已灭绝的物种不可能重新出现”这样看起来非常安全的推论其实都是有反例的：
该物种的祖先物种还生存的场合，可以再创造出和该物种极度相似乃至基因上视为同一物种的新物种，在人类操作下特别容易（因为许多物种其实是能够自交或无性繁殖的种间杂种，人类可以反复进行一样的操作来让它们在灭绝后重生），在自然界例如不会飞的白喉秧鸡的自然复活[4]：
- 40万年前，从马达加斯加飞到阿尔达布拉岛的白喉秧鸡演化出一些适应当地环境的特征，包括失去飞行能力，成为新物种。13.6万年前，该物种随阿尔达布拉岛被大海淹没而灭绝。10万年前，该岛浮出水面，从其它岛屿飞来的白喉秧鸡很快适应了该环境，并再次演化出不会飞的白喉秧鸡。
所以真的没有必要纠结这些。
参考
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