为什么非适应性性状能一直存在?
一个性状能够存续,可能仅仅是因为消除它的代价不够大。在细菌中,用大肠杆菌进行的实验表明,潜在性状——即那些没有直接好处的本领——可以出现,并在环境改变后变得有用。该研究发现,在驱动这些潜在性状演化方面,环境复杂性比突变更重要;而在多个新环境中的生存,也取决于影响非适应性性状的遗传变异[4]。这表明,非适应性性状可以作为一种隐藏的储备保留下来,日后被征用。
非适应性性状存续的另一条途径是从其他物种获得。许多生物在自然选择中存活下来,靠的不是自身固有的性状,而是通过生态互动从其他物种那里获得的物质和能力——类似于外包、掠夺或欺诈[3]。这些获得性性状对接受者来说可以是适应性的,即使它们并非由自身基因组编码,这说明适应既可以来自内部,也可以来自外部。
在极端生境中,明显的适应性性状是什么样?
在某些情况下,性状与生存联系得如此紧密,其适应价值一目了然。雪藻Sanguina nivaloides在高山和极地地区形成红色雪原,其囊胞具有皱褶的质膜,扩大了与环境的接触面;叶绿体的类囊体朝向各个方向;胞质中的液滴富含三酰甘油和类胡萝卜素,用于长期碳储存和抵御氧化应激[1]。这些特征被描述为适应性性状,解释了这种藻类为何能在雪中栖居——它在雪中存活数月,并保持光合活性[1]。
同样,向更冷地区扩张的黑红树林表现出基于遗传的性状变化。与分布核心区的群体相比,边缘分布区的群体存活数量更多、定植更快,在冬季温度下受到的胁迫更小,并且更多投入于侧向生长和生物量积累[5]。这些表型差异与对更寒冷、开阔冠层环境的适应相一致,并可能促进其进一步向极地方向扩张[5]。在这里,性状的适应价值直接关系到在胁迫生境中的生存和定植。
微生物是否也表现出同样的模式?
远洋淡水微生物提供了另一个视角。一篇关于这些生物基因组性状的综述,识别出了与运输功能、环境信息处理、渗透调节以及其他功能相关的代谢差异,这些功能使它们能够在自己的生境中繁盛[2]。该综述强调了适应性性状和代谢差异,但没有探讨非适应性性状是否也可能有助于生存。这就留下了一种可能性:即使在研究得较充分的微生物系统中,某些性状也可能在不具适应性的情况下存续,但文中呈现的证据集中在被解释为适应性的性状上。
本文引用的文献
3D亚细胞成像揭示雪藻Sanguina nivaloides囊胞的适应性性状
雪藻Sanguina nivaloides具有囊胞性状——如皱褶的质膜、淀粉储存和脂滴——这些被描述为适应雪中生存的性状,但该论文并未探讨非适应性性状是否也可能有助于生存。
远洋淡水微生物的适应性遗传性状
一篇关于远洋淡水微生物的综述识别出了与运输、渗透调节和代谢相关的基因组性状,这些性状被解释为适应在湖水和海水中繁盛,但未涉及非适应性性状。
通过种间关联获得适应性性状:生态后果与应用
许多物种不仅依靠固有性状生存,还依靠通过生态互动从其他物种获得的性状,这些性状对接受者来说可以是适应性的。
环境复杂性比突变更重要:驱动大肠杆菌潜在新性状的演化
在大肠杆菌中,潜在的非适应性性状可以出现并在后来变得有用,而环境复杂性在驱动这类性状演化方面比突变更重要。
扩张中的红树林边缘分布区基于遗传的适应性性状变化
边缘分布区的黑红树林群体表现出基于遗传的性状变化——如更高的存活率、更快的定植和耐寒性——这与对更寒冷环境的适应相一致。
