我们能预测进化吗？

　　进化以不可预测但有序而闻名。突变和环境因素在进化过程中发挥着巨大作用，预测哪些物种将进化出哪些特征似乎很像猜测一个有数百万个面的骰子的滚动。
　　然而，在某些情况下，研究人员发现骰子一次又一次地以相同的方式滚动。独立生物的自然发育和施加在它们身上的环境压力相结合，可以创造出非常相似的形式或生态形态。研究人员称这种现象为复制辐射。
　　一个虚构的例子可能有助于我们理解这个问题：假设五组不同的海绵宝宝突然分开，扩散到海洋中的五个区域，没有机会再次相互作用。然后，在五个区域中的每一个地区经过数百万年都形成了其他新物种。但是，海绵宝宝的新物种并没有在五个地区中的每一个地区产生新的形式，新物种之间形式相同而与原始群体不同。
　　例如，如果最初的海绵宝宝物种是黄色和方形的，也许所有五个新物种——每个都独立进化成了橙色和圆形。事实证明，橙色和圆形有助于新物种适应所有这些地区存在的类似环境条件。这意味着自然有机体发育和一些环境压力的结合产生了五次类似的形式。骰子在每个区域滚动，它们总是给出相同的数字。
　　在《自然生态学与进化》杂志上发表的一篇新论文中，一个国际研究小组证明，生活在11个孤立地区上的植物都独立进化出具有相似叶子的新物种。这标志着植物中复制辐射的第一个例子，开创性的研究让我们更深入地了解进化未来可能的运作方式。山地植物的旅行
　　Oreinotinus 是 荚蒾(属) 的成员， 荚蒾 是一组灌木或树木，您可能在北美城镇周围看到过。 荚蒾 物种的枝条上有着绿色的叶子，上面开着白色的小花，散发出令人愉悦的坚果香气。该群体生活在山区，大约在1000万年前从墨西哥向南传播到中美洲和南美洲。
　　不同种类的 Oreinotinus 有不同类型的叶子。简单地说，有些叶子大而覆盖绒毛，而另一些则有较小、光滑的叶子。最初，专家假设这两种叶子形式都是在该群体历史的早期进化而来的，然后分别分散在各个山脉中，可能由鸟类携带。但是该物种的分布模式，加上叶片性状的显着差异，为研究人员提供了一个理想的系统来探索这些叶子形式在不同地区独立进化的可能性。换句话说，他们可以探索这是否是复制辐射的情况。
　　研究人员确定了11个山区，每个山区都含有一种独特的特有 Oreinotinus 物种。所有区域都被阻碍植物扩散的低地屏障隔开 - 如巴拿马地峡，加勒比海或特万特佩克地峡等屏障。研究人员研究了40种 Oreinotinus 物种，其中只有四种存在这11个区域中存在一种以上。为了追溯叶子形式的进化历史，研究人员检查了物种之间的关系（系统发育），它们的地理分布以及叶子本身。
　　如果发生复制辐射，研究人员预计会有两个关键结果。首先，同一地区的物种之间应该比与不同地区的物种之间的亲缘关系更密切。其次，相似的叶片性状应该存在于大多数地区，但它们应该彼此独立进化。 翻过同一片叶子
　　随着 Oreinotinus 的多样化，四种主要的叶子类型独立于祖先的叶子形式进化而来。这四种形式在大小，形状，边缘 - 即叶子的边缘是光滑的还是有齿的 - 以及叶毛的存在上有所不同。该研究将叶子分为四种类型。研究人员还通过基于这些特征的统计分析来支持他们的评估。
　　11个地区中有9个地区至少有两种叶子形式;四个领域包括三种形式;其中一个是瓦哈卡州，是四种叶子的家。基于模拟和模型，作者拒绝了简单的进化模型，其中叶子的形式在物种分散之前进化。他们还发现，仅靠偶然性并不能解释为什么九个地方性地区拥有两种或两种以上的叶子形式。基于这些证据，研究小组得出结论，叶子的形式在多个区域内单独进化。叶形并非起源于 Oreinotinus 进化的早期。相反，随着不同的谱系在不同的区域内多样化，每个谱系＂穿越叶形态空间的相同区域＂。
　　叶子不会随机变化——不同的叶子形式有不同的功能。我们知道，叶子的大小和形状会影响光捕获、温度调节和光合作用的效率。叶毛有助于调节叶子的温度，影响光合作用，并保护叶子免受食草动物的侵害。
　　那么，当这个分支进化出不同的叶子形态时，它告诉我们什么呢？事实证明，不同的叶子提供了适合特定气候的不同优势。例如，较小的叶子将允许更精确的温度调节 - 随着天气的变化，叶子不会变得太热或太冷。另一方面，大叶子更适合光线较弱、经常多云的环境，因为它们可以改善光捕获并使光合作用更有效率。因此，不同的叶生态形态适应于特定组微妙不同但通常相邻的环境生态位。
　　从本质上讲，研究人员提出，随着 Oreinotinus 向南扩散，地理分离产生了具有非常相似的生态功能和特征的不同物种。后来，物种形成发生在不同区域，以产生叶片形式的重复适应性变化。 进化的未来
　　研究人员现在可以将 Oreinotinus 添加到已知经历过复制辐射的其他生物群的独家列表中，例如加勒比海的 Anolis 蜥蜴，非洲裂谷湖泊中的慈鲷鱼和夏威夷的蜘蛛。
　　随着植物的名单，进化生物学家知道这不是孤立在岛屿上的动物独有的趋势，大多数其他例子都来自岛屿。像岛屿群岛一样， Oreinotinus 的云雾森林环境彼此分离。一个植物的例子将帮助进化生物学家确定我们可以对进化做出可靠预测的广泛环境。
　　对复制辐射的研究并不是梳理进化背后机制的第一次努力。然而，一些研究人员着眼于未来而不是过去。在2013年的一项著名研究中，研究人员将 大肠杆菌 繁殖了六个月 - 相当于快速生长的生物体的1，200代。很快，大多数细菌开始专门研究两种食物来源之一 - 醋酸盐（醋）或葡萄糖（糖）。他们重新启动了两次循环，发现醋酸盐和葡萄糖的比例在所有三次迭代中都是相同的。值得注意的是，这些相似性反映在细菌的遗传学中。在所有三个实验中，细菌代谢途径的突变导致细菌发展出甜食或酸食。
　　无论是达尔文的雀， Oreinotinus ，还是一群渴望糖的大 肠杆菌， 我们都受制于进化的神秘运作。但也许，随着各种各样的研究小组致力于解决这个问题，这个谜团终将会被解开。也许进化生物学可以成为比我们过去想象的更多的预测科学。