微进化：现代生物学大厦的“奠基石”

作者：杨超月

微进化：现代生物学大厦的“奠基石”
——记国家自然科学基金重大研究计划“微进化过程的多基因作用机制”

100多年来，在进化论思想指导下，生物学家逐渐认识到，生物为适应环境在较大时间尺度下发生性状变异形成不同物种的背后，种内或近缘物种之间的进化才是生物变异的源头和适应环境的基础。后者被称为“微进化”。近日，迄今为止我国生物进化领域最大规模的基础研究计划——国家自然科学基金重大研究计划“微进化过程的多基因作用机制”（以下简称重大研究计划）正式结题，取得一系列成果。

“如果说进化理论是现代生物学大厦的地基，那么微进化就是首先要树立的奠基石。”中山大学讲座教授吴仲义担任该重大研究计划专家组组长，他在接受《中国科学报》采访时表示，“在这项重大研究计划支持下，我们努力立好这块奠基石。”

当代中国的“达尔文思想”

“物竞天择，适者生存。”19世纪中叶，达尔文发表《物种起源》提出进化论，生物学从此开始作为一门学科独立发展。而进化生物学则作为一个单独领域得到进一步发展。

国际著名遗传学家和进化生物学家杜布赞斯基曾强调：“若无进化之光，生物学将毫无意义可言。”也就是说，了解生命过程“如何”运作固然重要，而知道它们“为什么”如此运作则是揭开生命之谜的钥匙。其中关键则在于表征种内或近缘物种之间的“微进化”，这是解析一切宏观进化内在规律的基础。

吴仲义指出，微进化中适应性表型的变异通常具有可明确阐明的分子与遗传基础，可以追溯其发生发展的过程，有规律可循。然而，多年来，由于宗教文化上的传统，西方发达国家对达尔文进化思想接受程度仍然有限，微进化相关研究没有受到足够重视。中国的情况则大不相同。“自严复翻译《天演论》以来，进化论在中国迅速生根发芽，这使得我们开展进化生物学研究比在西方要容易得多。”吴仲义表示。

同时，进入21世纪以来，分子生物学和基因组学的快速发展极大地推动了微进化领域的研究，使我国在进化生物学和基因组学这两个领域具有很强的国际竞争力并处于国际研究前沿地位。

正是在这样的契机下，2011年，在吴仲义等进化生物学家及国家自然科学基金委员会相关管理人员的大力推动下，以微进化为研究对象的重大研究计划“微进化过程的多基因作用机制”正式在中国落地。

在许多进化生物学家看来，当年达尔文的《物种起源》正是以微进化为切入点并逐渐扩展到物种间的演化，如今继续对微进化开展深入研究，则是中国科学家对达尔文未竟事业的执着追求。

“进化”的科学研究计划

遗传变异是进化的原材料——早在100多年前，与达尔文同时代的生物学家孟德尔用豌豆杂交实验证实了基因是遗传之源。作为遗传和变异的载体，基因直接影响生物的外在表现，最终往适应环境的方向进化。

基于这一基本认识，该重大研究计划经过充分论证，将核心科学问题凝练为“生物是如何在基因组水平上通过基因突变与多基因交互作用致使表型或性状的改变以适应环境的变化”。科学目标则包括，使用多学科交叉的综合手段，通过研究微进化过程中生物适应环境变化的重要遗传基础，来揭示基因组、表观基因组等遗传和表观变异导致表型变异的作用机理，阐明网络调控与多基因相互作用在其中的分子机制及其进化驱动。

回顾近10年的历程，参与其中的科学家认为，作为一项研究对象是进化的科学计划，其本身也在不断朝着宏观上更加综合、微观上更加深化、宏观和微观有机结合的方向“进化”。承担顶层设计任务的指导专家组从不同视角看待问题，推动了学科交叉和融合，拓展了微进化领域的边界。“我们组织了来自生物学、生态学、医学、数学、农业和公共卫生等学科的科学家共同开展研究。”吴仲义介绍。

在不同学科背景研究人员的共同努力下，科学家们不仅在微进化机制的基本理论与法则方面取得突破，也发挥中国进化生物研究的既有优势，在人工选择、极端环境、群体交融等生物快速演化主要驱动力方面取得了进展，将演化研究从表型带入分子水平。而且，随着组学、单细胞、高精度成像等先进技术快速发展，从事相关学科的新生力量被吸纳进来。