各就各位——预备——进化

这种理论像是异端邪说，但很多实验却支持这种说法：通过储存基因变异并一次性将其释放出来，一个物种可以实现进化途中的大跃进。这可使物种有更大的机会找到更适应新环境的构造
【英国《新科学家》周刊9月28日一期文章】题：各就各位——预备——进化（作者　鲍勃·霍姆斯）
尽管进化在生物界无处不在，但有些关于进化的问题仍然令人费解。以身体形态为例，所有的树、甲虫和老鼠形成现在的样子，是因为数以千计的基因在适当的地点适时地出现，指导有机体从单细胞进化成熟。但如果身体构造是如此复杂的程序的产物，进化怎么能形成新构造呢？任何微小的波动都必然使物种从进化的顶峰跌落到灭绝的谷底。
天才的解决方案
植物和动物可能偶然发明了一种天才的解决方案——把进化储藏起来，在真正需要的时候使用。通过把基因突变这种进化原材料储备起来并一次性集中释放，物种就能够从进化的一个高峰跃到另一个高峰，而无需在其间的谷底跋涉。这种巧妙的技巧增加了它们克服恶劣环境的机会，无异于根据需要来进化。
表面看来，这种理论像是异端邪说。植物和动物不可能用这样的方式控制进化的随机过程，难道它们能吗？
令人惊讶的是，它们确实可以。在过去几年里，很多实验已经获得很有说服力的证据，有机体真的可以把突变储备起来以备不时之需。如果这种情况也发生在自然界，植物和动物就找到了一种控制进化阀门的方法，根据需要加快或放慢进化过程。它们的突变储藏库也许是药物研制者的基因宝藏，也可能是导致疾病爆发的定时炸弹。
这出反传统戏剧的主角是一种所谓的“监护人”蛋白质hsp90。它是动物、植物和真菌体内最常见的蛋白质之一，其作用是限制不稳定的蛋白质，帮助它们保持正确形态。从这点来看，hsp90很像一个监护人，帮助其他蛋白质整理仪容，否则它们就可能因为高温等环境影响而变形走样。因此，这位监护人的另一个名字就叫“热休克蛋白质”。
但hsp90也是发育的严格调节者。为了使蛋白质只在需要服务时才发挥作用，细胞有意使一些蛋白质变得不稳定，特别是某些控制发育过程的蛋白质。hsp90的工作之一就是使这些蛋白质保持“待命”状态。怀特黑德生物医学研究所主任苏珊·林德奎斯特说：“在你能想象到的所有发育路径中，这种蛋白质都在起作用。”
以果蝇为例
林德奎斯特和她的同事苏珊娜·拉瑟福德4年前在芝加哥大学工作时，首次发现了hsp90在进化中的特殊调节作用。她们注意到，携带hsp90基因突变体的果蝇有时产生的后代非常怪异。林德奎斯特说：“有的果蝇的眼睛呈柱状伸出体外，有的刚毛长错了地方，有的翅膀形状和上面的纹路与众不同，有的腹部部分折叠，有的腿形奇特———果蝇成虫的几乎所有构造都受到了影响。”同样的畸形也出现于在幼虫时期施用了格尔德霉素的正常果蝇身上，这种药剂会影响hsp90的功能。
此外还有其他因素的作用。研究者指出，这种家族畸形是由“秘密”基因缺陷造成的。这些基因缺陷已经隐藏了很多代，只有当hsp90失效时才显现出来。这将解释为什么每支果蝇谱系都表现为不同的畸形：每支都有自己独特的隐藏缺陷。
这解释了hsp90是如何起作用的。研究人员提出如下假设：当一切正常时，hsp90行使自己的正常职能，保持不稳定的蛋白质有序工作。它的工作进行得如此有效，以至于可以对发生轻微突变的蛋白质进行整理，否则这些蛋白质的形状甚至功能将可能改变。事实上，hsp90把突变安全地储藏起来（包括控制发育的基因突变），覆盖了有机体基因组的缺陷。数代之后，果蝇家族会积累很多从未得见天日的轻微突变。
然而在压力之下，井然有序的链条断开了。高温、有害化学物质以及很多其他压力都可能导致大量蛋白质错位。面对骤然上升的工作量，hsp90可能难以应付。最终，组合错误的蛋白质无法得到修复。这意味着压力可能导致隐藏突变骤然现形。如果这种情况发生在幼虫期或者变形期，发育基因中的隐藏突变可能导致形态或形式的骤然改变。
田纳西大学的进化生态学家诺克斯维尔·皮柳奇说：“这好像为进化理论提供了更坚实的基础。”
不仅如此，这些新变体一旦露面，其中有用的变异可能在环境压力消失后仍然存在。当林德奎斯特的研究小组培育果蝇以选择某些畸形时，仅在几代之后，果蝇就可以在hsp90完全恢复功能之后仍然保持新形态。林德奎斯特认为，对这些特征的选择是大量基因合作的结果，促进这些果蝇家族积累越来越多的有用基因变异，直至最终突破临界点，这些特征将不再受hsp90的控制。这非常重要，因为它意味着压力消失后有机体不会失去有用突变。
其结果是，物种似乎具备了一种在需要适应环境变化时释放变异——进化的原材料——的途径。德国马克斯·普朗克化学生态学研究所的进化生理学家查尔斯·奈特说：“这个好消息简直让人难以置信。变体是呼之即来的。”
理论缺陷
hsp90存储和释放基因突变的能力也帮助解开了长期困扰人们的进化谜题：物种如何从一种身体形态转变为另一种身体形态，因为过渡形态似乎有不适应环境的危险。通过储存基因变异并一次性将其释放出来，一个物种可以集合所有的原材料，实现进化途中的大跃进。林德奎斯特说，这种大幅度跃进可以使物种有更大的机会找到更适应新环境的构造。
尽管这种系统具有这么多优点，但林德奎斯特已经收回了“通过自然选择已经形成这种能达到这一目的的储藏—释放机制”的假设。她说：“无论如何，我们不会说它是为了提高进化能力而进化出来的。”
林德奎斯特的实验以hsp90为重点，但它不可能是唯一参与这场进化比赛的蛋白质。林德奎斯特说：“我认为这只是冰山之一角。基因变异的缓冲器会有很多。”
尽管连怀疑者都承认她的实验本身无懈可击，而且她描述的缓冲机制也令人神往，但林德奎斯特自己不会断言现实世界的有机体一定会享受这种成果。芝加哥大学生物学家马丁·费德说：“为了使现实中的长期进化能够发生，被隐藏的特征首先必须是有益的。”此外它必须持续足够长的时间，以脱离hsp的控制并产生充足的数量。这意味着表现出这种特征的有机体必须找到一个其基因允许保留这种特征的配偶。“这种情况虽然不是完全没可能，但真的希望渺茫。”费德最后说。
而且，果蝇称不上是生物界大多数物种的最典型代表。它们通过很多代的培养已经适应了实验室的生活，而且它们之所以受到遗传学家的青睐，在某种程度上是因为其生命周期很短，可以比其他动物或植物更快地积累突变。寿命较长的物种可能永远也积累不了足够的隐藏突变，因此这种机制也就失去意义了。皮柳奇说：“用繁殖如此之快的有机体进行实验，热休克蛋白质的作用可能被高估了。”
提供更多变体是否会真正加快有机体进化也无定论。爱丁堡大学的进化遗传学家尼古拉斯·巴顿认为，大多数自然生物已经表现了足以支持进化的基因变异，“即使可遗传变体远远少于实际数量，我们仍然可以解释进化。你无需认为有机体只是坐等可变因素的出现。”
在有人用hsp系统产生有用的适应性之前，这些说法都还不能是定论。费德说，他和林德奎斯特已经考虑用酵母做这项重要实验。