问题

连续渐进演化中,如果若干关键步骤短期带来的劣势足以导致竞争劣势,是否就阻碍了这个重要功能进化?

回答
在生命演化这趟波澜壮阔的旅程中,“连续渐进演化”是一个核心的指导思想。它告诉我们,大多数复杂而精妙的特征都不是一夜之间出现的,而是经历了一系列微小的、累积性的改变,每一次改变都经过了自然选择的筛子。然而,这种渐进的模式并非总是平坦顺畅。设想一下,如果某个走向重大进步的“关键步骤”,在短期内会带来显著的“劣势”,以至于让拥有这一早期、不完善特征的个体或群体在竞争中处于下风,那么这个重要功能是否就此被阻碍,再也无法进化出来呢?

答案是:是的,非常有可能,这种情况确实会严重阻碍甚至彻底扼杀一个重要功能的进化。

要理解这一点,我们需要深入剖析几个关键点:

1. 自然选择的残酷现实:即时回报与生存压力

自然选择并非一个着眼于未来的、拥有远大规划的“设计师”。它是一个严酷的、当下就做出判定的机制。对于一个生物体来说,最重要的就是能否在当前的环境中生存下来并成功繁殖。如果某个尝试性的改变,即使它最终可能导向一个更强大的“功能”,但在早期阶段却带来了明显的劣势,那么拥有这个劣势的个体就更容易被淘汰出局。

举个例子:想象一种早期古猿,正在尝试发展更灵巧的双手,以便能更好地抓握和操作。但在这个过程中,可能有一段时期,它们的关节不够稳定,容易受伤,或者手指不够粗壮,反而更不利于在树枝上稳固攀爬。在这个“技术还不成熟”的阶段,那些依然保持着更强壮、更稳定四肢的古猿,在躲避捕食者、寻找食物、在树冠间移动方面,会比那些尝试发展“半吊子”灵巧双手的古猿更有优势。结果就是,那些“不成熟”的个体更容易死亡,无法将这个有潜力的特征传递下去。

2. “权衡”与“机会成本”:每一次改变都有代价

演化不是免费的午餐。每一个新的适应性特征的出现,都可能伴随着对其他某些能力的“牺牲”或者“资源分配的改变”。这种现象被称为“权衡”(tradeoff)。如果一个关键步骤带来的劣势,是对现有生存优势的直接削弱,那么这种权衡就可能变成压垮骆驼的最后一根稻草。

例如,当生物体开始发展更复杂的神经系统,以获得更高级的认知能力时,这需要消耗更多的能量和营养,可能导致生长速度变慢,或者在资源匮乏时更容易饿死。如果一个物种的生存环境极其严酷,对能量效率和快速反应有着极高的要求,那么这种“高投入低回报”的早期阶段,就很可能阻止复杂神经系统的进一步进化。那些更“节能”、更直接适应环境的简单模式,会继续占据主导。

3. “中性漂变”的局限性:并非所有微小变异都能幸存

诚然,演化中存在“中性漂变”(genetic drift),即某些对生存和繁殖没有明显影响的基因变异,可能因为随机事件而扩散开来。但问题在于,我们讨论的是“关键步骤”带来的“劣势”。劣势意味着对生存和繁殖的负面影响是显著的,这远远超出了中性漂变所能“容忍”的范畴。一个带来明显劣势的变异,即使发生频率很低,在足够大的种群中也可能出现,但它会被强大的负选择压力迅速清除。

4. 进化路径的“锁定”:早期选择塑造后续可能性

生命演化的路径并非一条直线,而是充满分支和可能性。然而,一旦某种特征在早期发展阶段获得了“成功”(即没有被劣势压垮),它就可能“锁定”了物种后续的进化方向。如果一个物种在早期就因为某个不完善的特征而走向灭绝,那么这个潜在的重大功能也就永远失去了被进一步发展和完善的机会。

反过来思考,一个重要功能的进化,往往需要一系列“有益的”或至少“不至于致命”的微小步骤。每一小步的改良,都必须在当前环境下带来至少“足够好”的表现,足以让拥有该特征的个体在生存和繁殖上与没有该特征的个体相匹敌,甚至略有优势。只有这样,这个特征才有机会在种群中积累,并为下一阶段的改良奠定基础。

总结一下:

连续渐进演化并非总是平稳过渡。当一个走向重大进步的“关键步骤”,在短期内带来了足以导致竞争劣势的明显“副作用”或“不成熟的表现”时,自然选择的机制就会无情地淘汰那些携带这种早期变异的个体。这种淘汰压力会阻止该特征进一步在种群中积累和发展。换句话说,如果一个创新在它成熟并展现出巨大优势之前,就因为它早期的“瑕疵”而让使用者付出了无法承受的生存代价,那么这个创新很可能就此夭折,那个潜在的、重要的功能也就永远与该物种擦肩而过了。演化的翅膀,需要在每一次微小的扇动中找到平衡,而代价过高的扇动,注定会被风雨无情地摁下。

网友意见

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大自然又不带着急,不带情绪的,大自然的策略是胡乱尝试,有用的就保留下来、没用的就丢掉。几百万年在进化上是非常小尺度的时间。有用没用是根据选择的某个时间、环境条件而言的相对概念,时间和环境变化了也随着会变化。

假如有上帝视角,从时间上倒过去看,形成某一个功能需要N个步骤,慢慢搭就好了。搭配不出来就搭配不出来好啦,致死的话就死掉好了,慢慢试。

但现实是都没进化出某一功能、也没有上帝视角,那不存在、也没法推断出所谓的“关键步骤”。不存在的东西你也没什么好担心的了。

这些描述自然选择的方式都是从简单逻辑的方式解释的,实际的情况是不可解的复杂

自然选择的对象是群体,同一个物种、可以互相交配的一群。经历的自然突变、遗传漂变、基因交流、环境压力随时在变化。

尺度上从大到小,生态系统、群落、物种、群体、个体、遗传物质,每一个层级内部极其复杂的网状相互作用影响的。

就拿人的遗传物质来说,DNA总长度有大概30亿个碱基对,包含2万多个蛋白编码基因,蛋白编码基因只占到长度的~1%左右。这~1%现在还没全部认清楚,不要说100%了。

退一步说,这一步退的很大很大很大。即使是一下子100%都搞清楚了,也只是知道个基础,只会读而已。具体怎么起作用,互相之间的相互作用还是个未知数。就好像你打麻将,刚把每一张牌认全(现在还没认全1%),不知道规则还是不会打的、刚知道规则玩的不熟也是不会打的。

基因相互作用多、还高效,一个东西玩出N多个组合花样,可变剪切、表达量变化、修饰、共作等多个尺度的调控变化(简单的讲是中心法则的三层,DNA=>RNA=>蛋白,实际上也是比这个复杂得多)。

遗传物质本身复杂,受自然选择的作用,还随时变化。群体之间相互作用、影响、变化。

人这个物种又只是大自然的一小小小部分,自身系统和其他因素还互相作用,还随时间、随环境因素变化。

最后像眼睛的形成这类只是看得见的、可以描述的一小小小部分,更多的都是暗物质般的存在。

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