PNAS速递：复杂多细胞进化中，宏观进化模式的非适应性解释

关键词：复杂多细胞，自然演化，适应性，宏观模式

论文题目：A nonadaptive explanation for macroevolutionary patterns in the evolution of complex multicellularity

论文期刊：PNAS

论文链接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2319840121

多细胞生物已经独立进化了 50 多次，至少在 30 亿年前出现在蓝藻中。其中“复杂的多细胞性”，即所谓具有许多特殊细胞类型、寿命相对较长的大型生物体，只出现了5次大规模独立进化，全部发生在真核生物（动物、植物、真菌、褐藻和红藻）内，没有出现在原核生物中。学界提出了许多假设来解释这种现象，其中大多数假设真核生物进化除了关键特征（例如动态细胞骨架、基因调控的替代机制或亚细胞区室），这是复杂多细胞生物进化的必要先决条件。这些解释强调特定的生物学特征或行为在其所处的环境中具有明确的功能优势（即具备适应性），因此被自然选择所青睐。

最新发表于PNAS的一项研究中，作者提出了一种关于宏观进化模式的新的非适应性解释。作者针对最古老、最具代表性的进化谱系——蓝细菌，通过在几代细胞之间引入有限的遗传瓶颈，多细胞生物的进化显著降低了细胞群体的有效种群大小（Ne），从而增强了遗传漂变在进化过程中的影响力。尽管原核生物和真核生物均经历了此过程，但它们对遗传漂变的响应截然不同：真核生物倾向于扩大基因组，为后续多细胞创新提供了更多的遗传基础；而原核生物则常遭遇基因组的缩减。

未来，还需要通过检查独立单细胞-多细胞转变的基因组进化模式、在实验室进化实验中直接修改Ne、数学模型生成第一性原理理论预测等方式，来测试和扩展非适应性新假设。随着更多证据出现，我们将有望改写为什么复杂的多细胞性在真核生物中反复进化但在原核生物中却从未进化的流行叙述。这也将启发或革新复杂系统进化的一般理论。