眼睛等复杂器官如何进化形成

解答专家：乔恩?西格（Jon Seger），美国犹他大学生物学教授



通过一些随机的遗传事件，自发产生眼睛这么复杂而有用的器官，这样的可能性极小。但是眼睛却能通过突变与选择之间的不断相互作用，轻而易举地进化出来。这种相互作用也驱动了其他一些适应性进化。



在某一种群内，当突变第一次发生时，每个个体都发生这种突变的可能性极小，常常只有一个突变副本存在于整个物种的基因库中。但作为一个整体，该物种的每一代都可能发生大量的突变。其中一些突变是极其有害的，携带这些突变的个体在尚未出生之前便被淘汰掉了。但绝大多数突变是无害的，或者至少是可以容许的，其中极少数突变实际上还是有益的。这些幸存下来的突变将在种群中保留下来，成为它们载体基因的极其珍贵的不同副本。



这些突变极其罕见，因此大多数突变都消失得无影无踪。然而，有些突变对生存和繁殖起到的一些极小的作用，对个别基因内或一些基因的个别位点上不同突变的长期积累率，却可能有着明显的影响。这些影响引起的进化模式改变看起来似乎不是偶然的，事实上，这种变化确实不是随机的：一些位点几乎从未发生变化，一些位点偶尔发生变化，而其余位点的变化则相对频繁。



尽管如此，上述情况并不意味着突变本身不是随机发生的。事后看来，突变似乎总是发生在需要发生的地方，但是这种表面现象有可能是假象，选择本身就是一位伟大的魔术师。实际上，突变仅在需要突变的地方积累――经过许多许多代，首先在某个个体身上出现，接着在另一个体，再接着在其他个体身上出现。虽然在同一个基因组同时获得多个“协同工作”的新突变可能要花费一些时间，但是，只要它们未在种群中消失，最终就会在某一有性繁殖物种中找到匹配的“搭档”。



像人类这样依靠视觉辨识方向的脊椎动物拥有极其复杂的眼睛，但是脊椎动物的眼睛在许多方面都存在着极大的差异，在整个动物界已经出现了若干种完全不同的眼睛设计方案。这种多样性以一些活生生的实例表明，一些简单的不能聚焦的光传感器如何逐渐进化得更细致和精确，变成今天我们所知道的各种各样的复杂、精致、完善的成像视觉器官――眼睛。



对于生物体来说，如果需要了解与周围变化多端的环境有关的信息，有一种天然的感光器官可能比完全没有这种器官要好得多。假设本来就有这样一种原始的眼睛，可能会有上千种不同的突变，都能或多或少地在某个方面改善一下它的功能。这种突变一旦出现，而且十分幸运地没有立即消失，而是在自然选择的力量下频繁出现，这就为其他一些突变的发生创造了条件。假如有足够长的时间和连续不断的选择，这一进程往往就会使眼睛变得越来越复杂，从而迅速提升眼睛的功能解答专家：乔恩?西格（Jon Seger），美国犹他大学生物学教授



通过一些随机的遗传事件，自发产生眼睛这么复杂而有用的器官，这样的可能性极小。但是眼睛却能通过突变与选择之间的不断相互作用，轻而易举地进化出来。这种相互作用也驱动了其他一些适应性进化。



在某一种群内，当突变第一次发生时，每个个体都发生这种突变的可能性极小，常常只有一个突变副本存在于整个物种的基因库中。但作为一个整体，该物种的每一代都可能发生大量的突变。其中一些突变是极其有害的，携带这些突变的个体在尚未出生之前便被淘汰掉了。但绝大多数突变是无害的，或者至少是可以容许的，其中极少数突变实际上还是有益的。这些幸存下来的突变将在种群中保留下来，成为它们载体基因的极其珍贵的不同副本。



这些突变极其罕见，因此大多数突变都消失得无影无踪。然而，有些突变对生存和繁殖起到的一些极小的作用，对个别基因内或一些基因的个别位点上不同突变的长期积累率，却可能有着明显的影响。这些影响引起的进化模式改变看起来似乎不是偶然的，事实上，这种变化确实不是随机的：一些位点几乎从未发生变化，一些位点偶尔发生变化，而其余位点的变化则相对频繁。



尽管如此，上述情况并不意味着突变本身不是随机发生的。事后看来，突变似乎总是发生在需要发生的地方，但是这种表面现象有可能是假象，选择本身就是一位伟大的魔术师。实际上，突变仅在需要突变的地方积累――经过许多许多代，首先在某个个体身上出现，接着在另一个体，再接着在其他个体身上出现。虽然在同一个基因组同时获得多个“协同工作”的新突变可能要花费一些时间，但是，只要它们未在种群中消失，最终就会在某一有性繁殖物种中找到匹配的“搭档”。



像人类这样依靠视觉辨识方向的脊椎动物拥有极其复杂的眼睛，但是脊椎动物的眼睛在许多方面都存在着极大的差异，在整个动物界已经出现了若干种完全不同的眼睛设计方案。这种多样性以一些活生生的实例表明，一些简单的不能聚焦的光传感器如何逐渐进化得更细致和精确，变成今天我们所知道的各种各样的复杂、精致、完善的成像视觉器官――眼睛。



对于生物体来说，如果需要了解与周围变化多端的环境有关的信息，有一种天然的感光器官可能比完全没有这种器官要好得多。假设本来就有这样一种原始的眼睛，可能会有上千种不同的突变，都能或多或少地在某个方面改善一下它的功能。这种突变一旦出现，而且十分幸运地没有立即消失，而是在自然选择的力量下频繁出现，这就为其他一些突变的发生创造了条件。假如有足够长的时间和连续不断的选择，这一进程往往就会使眼睛变得越来越复杂，从而迅速提升眼睛的功能