在达尔文的《物种起源》里，微生物是被忽视的群体——在物种进化的大戏中，它们也许连“龙套”都不算。然而，最近有科学家却认为，微生物也许不只是窃取营养的“小偷”，在物种进化过程中，这些与动植物共生的“小东西”扮演着出乎我们预料的重要角色。“主角”还是“龙套”？这场争论仍在进行中……

 

       挑战 动植物+微生物 自然选择的基本单元

 

       上世纪80年代，理查德·杰斐逊发现了一件让他震惊的事——人类体内的微生物在某些关键进程中扮演着关键角色。例如，多达65%的睾丸素的循环过程可能与微生物有关。睾丸素是人体内重要的雄性激素，这也就意味着，微生物会影响我们体内的性激素水平。还有研究发现，微生物在“塑造”我们体味的过程中起着重要作用——它是产生微小芳香分子的关键之一。尽管体味是否影响人类的择偶在科学界还存有争议，但在某些动物身上，它们确实发挥着作用。

 

       杰斐逊据此指出：“生育、繁殖和择偶，达尔文自然选择中的‘三驾马车’，全都受到微生物的影响。”这或许意味着，动植物能不能成功繁衍后代，部分取决于生活在它们身上的独特的微生物组合。

 

       杰斐逊得出这样的结论：微生物在进化过程中非常重要，因此，科学家们应该把动植物跟寄生于其上的微生物看成一个整体，并称之为“功能单元”。“这个单元由许多个体基因组构成，有时甚至上千，其中的组合及数目还在不断变化。”杰斐逊主张，这种功能单元才是自然选择的基本单元，并进一步提出“全基因组”的演化理论。

 

       支持 微生物也是进化的“主角”

 

       无独有偶，以色列特拉维夫大学的微生物学家尤金·罗森伯格也在研究地中海东岸的珊瑚时，得到了相似结论。

 

       他发现，这里的珊瑚曾感染希利氏弧菌，并触发了白化。但经过一段时间后，珊瑚却恢复原样，没有大面积白化。这使他意识到，如果微生物的变化能够让珊瑚抵御感染，并且代代相传，那么尽管这些珊瑚的基因组并没有发生任何改变，但它们还是进化出了抵御白化的能力。这说明一种生物能否存活，或者说能否适应变化，起决定性作用的往往不只是它自己的基因，还有它能够继承的那些微生物群落。

 

       罗森伯格也提出，把生物跟寄生于其上的菌群分开，只是为了研究方便而采用的一种人为方式。他说，在自然选择的眼中，宿主基因组和微生物基因组是一个整体，它们才是自然选择的对象。罗森伯格因此预言：大多数动物会从上一代身上继承基本相同的微生物，亲缘关系较近的物种也会拥有亲缘关系较近的微生物。

 

       这些观点得到了一些微生物学家的支持。美国范德比尔特大学的微生物生态学家塞思·波登斯坦也认为，在生物进化的研究中，“应该研究使这个整体发挥功能的全部遗传信息才对。”

 

       在最近的一项研究中，波登斯坦的研究团队用抗生素“利福平”杀死了白蚁体内的某些微生物。他们发现，与未用抗生素的白蚁相比，用过抗生素的白蚁产下的后代数量要少得多。他们推测，原因应该是肠道菌群被抗生素破坏，从而降低了这类白蚁从食物中获取营养的能力。波登斯坦还发现，在金小蜂中，演化亲缘关系越近的蜂种，体内的微生物群落也更相似——这完全符合罗森伯格的预言。

 

       反对 “龙套”就是“龙套”

 

       如果这一理论被验证，那么对物种进化而言，这就不仅仅是一种非常有趣的可能性，整个理论也可能被修改。然而，演化生物学界的大多数科学家，依然对此持否定态度。

 

       英国牛津大学研究群体演化的安迪·加德纳就是反对者之一。他说：“我想说，大部分演化生物学家都会同意，（宿主与微生物之间）肯定存在大量合作，但它们之间也有冲突，微生物有时也会对宿主做一些不利的事情，因此我不太倾向于把它们纳入一个整合的生物体。”

 

       对此持怀疑态度的人们还有另外一条理由——这是早已被证明的“错误”结论。19世纪初，让·巴蒂斯特·拉马克曾提出一套演化理论，认为生物能够把有生之年里获得的适应性特征传给后代。尽管达尔文也有过类似想法，但随着现代遗传学的发展，这样的观点已经被推翻了。

 

       但罗森伯格坚持：动物有时候能够把后天获得的特征遗传下去，这个过程是可以用实验来验证的。罗森伯格与学生尝试重复了一项前人的实验——改变果蝇的饮食，观察其后代是否会改变择偶标准。他们发现，两代之后，以糖浆为食的果蝇不再与以淀粉为食的果蝇交配。但使用“利福平”杀死果蝇的细菌后，“淀粉果蝇”与“糖浆果蝇”又交配在了一起。这或许说明，微生物对宿主的繁殖和择偶非常重要。

 

       尽管自然选择解释了物种如何随时间变化，但对解释新物种最初如何产生这个问题却束手无策。达尔文在《物种起源》中也没有讲清楚这个问题。

 

       一般而言，生物学家把一群能够相互交配产生后代的相似生物定义为一个物种。这样也意味着，任何能够阻止生物种群交配的因素，都有可能导致新物种的形成，例如一条山脉的崛起；一座岛屿同大陆的分离；择偶偏好的改变；某种基因突变导致两个品种杂交产下的后代无法存活……尽管这其中的大多数细节都还存在大量争议，但如果饮食变化导致肠道细菌的改变，进而影响了果蝇择偶的偏好，那么从理论上讲，这就有可能导致一个物种一分为二——出现新的物种。

 

       这种情况还有待证明。美国斯沃斯莫尔学院的演化生物学家斯科特·吉尔伯特就对此提出了质疑，“我认为我们还没有任何证据能够证明，确实有物种由于微生物而形成”，“我还得不出那样的结论”，“我只能说，共生生物有能力提供可以被自然选择的多样性。”美国芝加哥大学的演化生物学家杰瑞·科因非常赞同斯科特·吉尔伯特的观点，“我几乎找不到任何内共生菌导致物种形成的例子，却能列出一大堆生物基因改变产生新物种的例证。”

 

       美国纽约宾汉顿大学研究群体选择的戴维·斯隆·威尔逊也认为，就算真的证明共生微生物在新物种的形成过程中起着重要作用，那也不一定就支持把生物看成是“拥有全基因组的超有机体”这一观点——物种形成可能只是微生物操纵宿主而带来的副产物，并不是微生物和宿主为了共同利益一起演化的结果。

 

       对于这些质疑，罗森伯格的回应是：“话说得没错，但我们的研究才刚刚开始。”罗森伯格认为现在甚至不知道大多数动物身上都有哪些微生物，更不用说理解它们在进化中所起的作用了。“我们以往倾向于把微生物与核基因分开对待，但我认为现在的一些研究证明微生物与核基因组同样重要。”波登斯坦说，“至少目前来看，复杂生命的‘共生’概念，还会在基础生物学和生物医学领域长久地存在下去。”

 

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