Nature发布测序惊人发现

生物通报道   佛罗里达州立大学的一项新研究让研究人员得以窥探了从鱼类、花到肿瘤，生物体是如何响应快速的环境变化而进化的。研究结果有可能会对包括气候变化和癌症治疗在内的许多研究领域造成广泛的连锁效应。这一切都是因为孔雀鱼（guppies）。

佛罗里达州立大学生物科学教授Kimberly Hughes及研究人员小组，着手调查了当她们将野生特立尼达孔雀鱼（Trinidadian guppy fish）从有捕食者鱼类的溪流转移到没有两种捕食者鱼类的溪流中时这种小型热带鱼发生进化的过程。由于孔雀鱼能够一年繁殖多次，因此她们能够追踪在无捕食者的区域中生活的3-4代的孔雀鱼。

发布在学术期刊《自然》（Nature）上的研究结果是惊人的。

通过测序孔雀鱼大脑中的遗传物质，研究人员发现有135个基因响应新环境发生了进化。大多数的基因表达改变都是内在的，与诸如代谢、免疫功能和发育等鱼类的一些生物过程有关。

但更重要的是，基因对于环境改变做出的即时反应并没有反映最终的进化改变。

一些基因可以在对环境做出即时响应之时改变它们的活性水平（进化生物学家将之称为可塑性），或是在经过许多代的进化反应中改变它们的活性水平。

Hughes和同事们发现，基因活性进化改变与基因活性即时可塑性往往呈反方向。响应环境显著变化而发生改变的基因在数代之后会按反方向进化。

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Hughes说：“一些进化理论认为，可塑性和进化改变应该是同一方向。但我们的结果表明，至少在进化极早期，以一种‘错误’方式响应环境改变的基因进化最快速。”

孔雀鱼一年繁殖数代，可在短期内看到快速的进化改变，因此被视作是进化研究的理想受试者。

这些研究结果对科学家们而言很有趣，并由此提出了一些其他生物如何响应环境改变而进化的大问题。

例如，当遭受化疗或放疗之时肿瘤面对着环境改变。植物和动物面对着全球温度升高的环境改变。它们如何改变自身在这样的新现实状况下生活下来或最终被淘汰？

Hughes 说：“我们知道生物体可以极快的速度对环境变化做出响应。它们可以适应新环境。其中包括人类病原体等生物体及适应化疗的肿瘤。我们可以检测病原体和肿瘤的快速改变。我们也可以像对孔雀鱼大脑那样以相同的方式测量这种可塑性。那么我们或许能够预测在较长期内病原体或肿瘤将对治疗如何产生反应。这可能会帮助医学研究人员和医生预测及避免病毒、细菌和肿瘤形成耐药（延伸阅读：Science子刊封面：绘制癌症耐药路径图 ）。”

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Non-adaptive plasticity potentiates rapid adaptive evolution of gene expression in nature

Phenotypic plasticity is the capacity for an individual genotype to produce different phenotypes in response to environmental variation1. Most traits are plastic, but the degree to which plasticity is adaptive or non-adaptive depends on whether environmentally induced phenotypes are closer or further away from the local optimum2, 3, 4. Existing theories make conflicting predictions about whether plasticity constrains or facilitates adaptive evolution4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12. Debate persists because few empirical studies have tested the relationship between initial plasticity and subsequent adaptive evolution in natural populations. Here we show that the direction of plasticity in gene expression is generally opposite to the direction of adaptive evolution. We experimentally transplanted Trinidadian guppies (Poecilia reticulata) adapted to living with cichlid predators to cichlid-free streams