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红皇后假说是什么?红皇后假说理论能否打破达尔文进化论?

2018/2/12 18:26:27

红皇后假说是由美国芝加哥大学进化生物学家范瓦伦提出来的一种假说,也就是说自然选择只导致生物当前的适应,进化则是潜在的适应或者未来的适应,红皇后假说来源于爱丽丝镜中奇遇记的故事,但并没有得到很多科学家的认同,红皇后假说能否打破对达尔文进化论的认知?下面让我们一起去了解一下红皇后假说到底是什么。

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红皇后假说是什么?

红皇后假说是由美国芝加哥大学进化生物学家范瓦伦于1973年根据爱丽丝镜中奇遇记中的故事提出的假说。自然选择只导致生物当前的适应,进化功能则是潜在的适应或未来的适应能力。目前有两种假说可以或多或少地解释具有进化功能的遗传结构的进化,即红皇后假说和物种选择说。

红皇后假说的来源:

在英国作家路易斯·卡洛尔的《爱丽丝镜中奇遇记》中,红皇后对爱丽丝答道:“在这个国度中,必须不停地奔跑,才能使你保持在原地。”进化生物学家利·范·瓦伦于1973年借用红皇后颇有禅意的回答提出红皇后假说,恰如其分地描绘了自然界中激烈的生存竞争法则:不进即是倒退,停滞等于灭亡。

红皇后假说的内容:

生态上密切相关的物种的相互关联地进化叫做协进化或协同进化,协同进化的结果是相互适应,物种之间形成非常复杂的相互作用、相互依存的关系。这种关系是除了物理的环境条件之外的另一种重要的外环境。在物理环境条件相对稳定的情况下,物种之间的关系构成驱动进化的选择压。一个物种的任何进化改进可能构成对其他相关物种的竞争压力,所以,即使物理环境不变,种间关系也可能推动进化。

在通常的环境下,物种之间保持着一种动态的平衡。物种间的生态关系的牵制作用使得物种在其生存期间绝灭的风险相对恒定:后代与祖先,新物种与老物种绝灭的机会几乎是相同的。这就是红皇后假说所要解释的现象。一个分类群的对数形式的生存曲线是线性的,绝灭概率是相对恒定的。

自然界中的物种生存状况就像路易斯·卡洛尔描写的爱丽丝镜中奇遇记故事中的红皇后所言的情景:

“你必须尽力地不停地跑,才能使你保持在原地”。用中国话说就是“逆水行舟,不进则退”。在逆水中要保持在原来的地方,也要不停地尽力地划。或者更形象地比喻为鱼儿在急流中逆水而游,它们尽力地游才能不被水冲走,但要越过浅滩或暗礁,则要跳跃。种间关系的牵制作用使得物种要获得显著的进化改变相当困难,这是因为在生态系统中物种的进化是相互制约的,物种都在进化。

从短期来看,只要跟得上就能生存下去。但从长远看,一个物种要在生态系统中获得有利地位就要比别的物种跑得更快。一个物种若具有较大的进化潜力,就等于在进化赛跑中有超常的速度。长远来看,竞争的胜利者不是看当前的适应,而是看能否获得超出其他物种的进化能力。竞争的胜利者是那些获得超出其他物种的进化能力的。

当前的适应并不能保证未来的成功,具有大的进化潜力的物种才能获得长远的成功。红皇后假说与物种选择说结合起来,可以解释具有进化功能的遗传结构起源。这个假说强调了物种生存环境中的生物学因素,但忽略了物理环境因素,尚需进一步验证。

红皇后假说的进展:

传统的进化论强调生物系统适应物理环境的过程,其动力学过程有背后的“势”函数来控制。而真实的生物进化,是由物理环境和生物环境共同决定。但是,如何考虑复杂的生物环境的影响,一直是传统进化论中没有解决的难题。该研究通过引入“流”的概念,揭示和量化了生物相互作用所导致的进化驱动力。在新理论中,进化过程中形成的“势”与“流”好比是进化驱动力的“阴阳”两面,类似于量子世界中的波粒二象性,或者是决定电子运动的电场与磁场。该研究发现,同种群或种群间生物个体的相互作用会导致“流”的产生,即使物理环境保持不变,在“流”的驱动下进化可以永无止境。

红皇后假说的现状:

在英国动物学家 M. Ridley 的《Evolution》中这样写道:如果物理环境停止了改变,你是否会认为进化也会停止。如果进化决定于物理环境,那答案是肯定的,或许需要一段弛豫时间已完全适应最终的物理环境。但是在“红皇后的世界”中,协同进化过程就像是有着属于她自己的生命,即使物理环境停止了改变,进化过程也不会停止。回答这个问题是非常困难的,至今没有答案。

拓展:红皇后假说VS黑皇后假说

“黑色皇后假说”指不同的物种争相“堕落”,尽可能摆脱那些代价高昂的生理功能——生物不是越来越复杂,而是越来越简单。像 “红色皇后假说”一样, 黑色皇后假说可以导致 3 种主要种间关系类型中的任何一个,即寄生、 共栖和互利共生。 种间关系最终会演变为其中的哪一种,完全取决于生物生长和相互影响的具体情况。 二者之间的区别在于,红色皇后假说的重点, 是解释一种 “主动” 的演化,你可以将这个过程想象为,不同物种竞相获得能让自己胜过竞争者或捕食者的能力。相较而言,黑色皇后假说讲述的是一个被动得多的过程。“不同的物种争相 ‘堕落’,它们都尽可能多地摆脱那些代价高昂的生理功能。”莫里斯说。

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