种群|进化过程中只有适者生存？地球古老居民给出另一种可能( 二 )

过于微小导致30余年前才被发现
研究人员介绍，有效种群规模是认识原绿球藻种群生态、分子和群体遗传特征的关键参数。明确原绿球藻的有效种群规模，需要先进行突变累积实验，测得原绿球藻准确的突变速率。
该研究通过连续3年的大规模单克隆连续传代，首次开展了原绿球藻的基因突变累积实验，计算出原绿球藻的有效种群规模小于许多典型的海洋自由生活菌，其原绿球藻突变速率低、有效种群规模小的特征颠覆了“原绿球藻的进化由自然选择主导”的传统认知。
虽然已经是在地球上居住上亿年的古老居民，但因为太小，原绿球藻直到30多年前才被人类发现。张瑶说， “1毫升的海水里，有多达10万个原绿球藻，但因为它实在是太小了，此前落后的设备和技术无法观测到，导致人们这么晚才认识到它” 。
因其特征，培养原绿球藻非常有难度，培养基所使用的海水、固体培养基的琼脂糖浓度、培养时设置的光照强度和温度等因素的细微变动都可能对原绿球藻的生长产生巨大影响，甚至早期学界都认为它不可培养。经过多年的摸索，如今全世界也只有屈指可数的实验室能把它成功养活。
为从“进化生态学”的角度厘清海洋初级生产者的进化机制，研究团队不断调试实验参数，克服原绿球藻难以在实验室培养且生长缓慢的困难，摸索出了一套稳定的单克隆培养方案。这套方案从一个原绿球藻细胞开始进行培养，使之不断分裂，最终形成一个细胞群，而这一群细胞来源于一个共同的祖先细胞。
不仅如此，原绿球藻生长周期较长，基因突变的速率很慢，而要掌握原绿球藻在传代中基因突变的数量，需要积累到一定量才能进行有效的统计分析，这使得实验的时长跨越了4年之久。
有些物种可能只是侥幸存活
实验中，研究人员设置由一个细胞起源，随后发展为150个独立细胞系，每个细胞系在1065天内各自单克隆连续传代39次，最终有141个细胞系存活，为后期实验奠定数据支持。
经全基因组测序分析，实验测得原绿球藻的突变速率处于原核生物的正常水平，这表明原绿球藻并没有因为缺失多种DNA修复酶而获得较快的突变速率。在测得准确突变速率的基础上，该研究对418个原绿球藻基因组进行了严谨的物种划分，并计算出原绿球藻的有效种群规模小于许多典型的海洋自由生活菌。
研究人员进一步分析发现，广泛分布的原绿球藻具有大量共存的孤立种群，不同的小生境被有不同代谢特点的孤立种群所占据，同时，这些孤立种群内部基因重组水平较低。基于此，研究提出了原绿球藻遗传漂变加强的机制——周期性选择。在低重组水平的条件下，自然选择发挥作用时会固定包含优势基因的整个基因组，而淘汰不包含优势基因的整个基因组，从而降低原绿球藻的中性遗传多态性和有效种群规模，强化其遗传漂变的作用。该研究在传统的寡营养环境适应观点之外，为寡营养环境中优势类群常见的基因缩减现象，提供了一种创新的观点和理论。
【种群|进化过程中只有适者生存？地球古老居民给出另一种可能】“这个世界上有这么多的物种，它们并不一定都是自然选择选出的佼佼者，有些物种可能只是幸运地存活了下来而已。虽然大众已经普遍理解并笃信了自然选择的作用，但我们不能因此就忽视遗传漂变的作用。 ”张瑶表示，目前获得的实验结果，有的符合已有的理论，有的不符合，这是因为理论并非真理，它始终处在动态发展的过程中，需要不断地验证、修正，并在不断修正中发展。采访人员符晓波通讯员曾文萃

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