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红皇后假说

2017-4-6 22:12| 发布者: 伤我心太深| 查看: 4651| 评论: 0

  红皇后假说,物种繁衍与进化的极致描述关于生物学的知识,有些人知道,有些人知道的并不多,而几乎所有人都知道的一个事情就是达尔文的物种进化理论,并且达尔文是全球公认的最为著名的生物学家之一,其提出来的物种进化理论也是被广泛的应用以及引用,但是还有一个假说能够和物种选择相齐名,那就是红皇后假说。这个假说由美国的芝加哥大学金华生物学家范瓦伦于1973年提出,当时是根据爱丽丝镜中的奇遇记中的故事提出来的,因此才被命名为了红皇后假说,这个假说和物种选择一样,都是对物种繁衍以及进化最极致的描述,下面就带大家来认识一下红皇后假说,并且介绍一下人们关于生物发展提出来的那些科学性说法。


  红皇后假说:一般认为生物进化是外界物理环境变化而致。环境不变进化是否停止?即进化仅由物理环境变化推动吗?红皇后假说认为,一种生物进化也会导致其它生物相应进化,否则未进化的就可能被已进化的消灭,即协同进化。名称源于爱丽丝梦游仙境中红皇后:在这个国度必须不停奔跑,才能使你保持在原地。


   

  红皇后假说的来源

  

  在英国作家路易斯·卡洛尔的《爱丽丝镜中奇遇记》中,红皇后对爱丽丝答道:“在这个国度中,必须不停地奔跑,才能使你保持在原地。”进化生物学家利·范·瓦伦于1973年借用红皇后颇有禅意的回答提出红皇后假说,恰如其分地描绘了自然界中激烈的生存竞争法则:不进即是倒退,停滞等于灭亡。


  根据红皇后假说,我们认为在通常的环境下,物种之间保持着一种动态的平衡。物种间的生态关系的牵制作用使得物种在其生存期间绝灭的风险相对恒定:后代与祖先,新物种与老物种绝灭的机会几乎是相同的。这就是红皇后假说所要解释的现象。一个分类群的对数形式的生存曲线是线性的,绝灭概率是相对恒定的。


  传统的进化论强调生物系统适应物理环境的过程,其动力学过程有背后的“势”函数来控制。而真实的生物进化,是由物理环境和生物环境共同决定。但是,如何考虑复杂的生物环境的影响,一直是传统进化论中没有解决的难题。该研究通过引入“流”的概念,揭示和量化了生物相互作用所导致的进化驱动力。在新理论中,进化过程中形成的“势”与“流”好比是进化驱动力的“阴阳”两面,类似于量子世界中的波粒二象性,或者是决定电子运动的电场与磁场。该研究发现,同种群或种群间生物个体的相互作用会导致“流”的产生,即使物理环境保持不变,在“流”的驱动下进化可以永无止境。

  红皇后假说与物种自然选择

  


  物种的自然选择是由著名的生物学家达尔文提出来的,达尔文把“有利的个体差异和变异的保存,以及那些有害变异的毁灭,叫作‘自然选择’,或‘最适者生存’。无用也无害的变异则不受自然选择的作用,它或者成为彷徨的性状,有如我们在某些多形的物种里所看到的,或者终于成为固定的性状,这是由生物的本性和外界条件来决定。


  达尔文从生物与环境相互作用的观点出发,认为生物的变异、遗传和自然选择作用能导致生物的适应性改变。自然选择由于有充分的科学事实作根据,所以能经受住时间的考验,百余年来在学术界产生了深远的影响。并且达尔文的这种学说阐述了生物进化中的很多方面,比如物种的过度繁殖、物种的生存斗争、物种的遗传与变异、物种的适者生存,而红皇后假说主要阐述的是物种的生存方面,并且是从两个完全不同的角度来进行阐述的。





  能不能解释下红皇后假说The RedQueen hypothesis?



  红色皇后不是红桃皇后,那是国际象棋中的人物,出现在《爱丽丝镜中游记》而不是《爱丽丝梦游仙境》。名言是只有不停地奔跑,才能呆在原地不动。被瓦伦借用于生物进化领域,指所有生物都必须不停地进化,否则就将被变化的环境所淘汰,这个环境因素很多,特别是寄生虫的影响非常明显,所以红色皇后理论后来基本就是指寄生虫理论。因为寄生虫在不停地变异,所以寄主也要不停地应变,这是一场永无休止的军务竞赛,稍一停顿就会被淘汰。



  你听说过 "红皇后假说" 么?



  看过电影《爱丽丝梦游仙境》的人,一定会对这个矮胖矫情的红皇后印象深刻。她会用小猪作脚蹬,装束奇特,疯狂地耍贱、卖萌、逞威风,还动不动就想去砍别人的脑袋……她的原型是英国都铎王朝的玛丽一世,是虔诚的天主教徒。坚决反对新教,下令烧死了300多名反对人士,被后人称为“血腥玛丽”(这个词你八成听过吧?酒吧里有种世界闻名的鸡尾酒就叫血腥玛丽)。所以电影里的“Off with his head”, 是源自真实历史。



  《爱丽丝镜中游记》中的红皇后有句名言:你必须不停奔跑,才能留在原地。听起来很残酷,却富含哲理。这句话启发了进化生物学家利·范·瓦伦。1973年,她提出了“红皇后假说”——物种间为了争夺资源,必须不停的优化才可以对抗捕食者和竞争者。这种进化是生存的基本方式,其结果是导致物种本身不停歇地改变,可这种改变相对于它们的捕食者来说,适应度并没有增强,因为捕食者也在不停地进化。


  这个理论的出现,是对物种 “协同进化”现象的解释。比如羚羊与狮子间的关系,就是一种“赛跑中求生存”的关系。一方面,狮子要追得上羚羊,才不至于饿死;而羚羊如果没有狮子跑得快,就会被吃掉。在这个双方角逐的过程中,两者都因对方的影响而逐渐变得更强。另一方面,虽然两者与从前的自己相比都变得更强大了,但狮子依旧是羚羊的天敌,二者的相互地位并没有发生改变。


  另外一个例子是兰花和蝴蝶间的授粉关系。蝶类需要兰花的花蜜生存,兰花也要依靠蝴蝶散布花粉来繁衍下一代。二者虽然是相互依存的关系,却也存在相互间的竞争。这种竞争的进化过程,导致兰花发展出极深的花冠,而蝴蝶也相对进化出极长的口器。


  放眼今天的商业社会,也能看到类似的现象。可口可乐与百事公司之间的竞争已持续百年。两者除了在广告上较劲,在产品上也是亦步亦趋,例如两家公司都有健怡可乐、樱桃味可乐、橘子汽水、沙士、运动饮料等。然而,多年来两家公司在美国的碳酸饮料市场占有率一直维持在大约40% (可口)与30%(百事)。因为,当某家公司推出新产品或新行销策略而有所斩获时,另一家公司就会被迫回应。因为激烈的竞争关系,两家公司不断发展新产品、开拓新市场、寻找新的行销创意,结果是他们都巩固了自己的市场占有率,让其他公司无机可乘。但如果上升一个维度来看整个市场,两者相互间的优劣势没有改变。简言之,逆水行舟,不进则退,正是“红皇后假说”的启示。


  红皇后假说是什么?


  红色皇后理论是美国生物学家凡瓦伦提出的(Leigh Van Valen),这个奇怪的词来自英国数学家刘易斯•卡罗尔(Lewis Carroll)的童话《阿丽思镜中奇遇记》(《阿丽思梦游奇遇记》的续篇),阿丽思穿过了镜子,来到了奇幻世界,红色皇后是该世界里的一枚棋子,她告诉阿丽思,在这个世界里,人必须不停奔跑才能留在原地,真是虐待狂的地界。不知道跑步机的发明者有没有受红色皇后的启发。



  还是说动物的事吧,据说猎豹妈妈的家教是这样的:“孩子,你要是跑不过瞪羚,就会被饿死。”瞪羚妈妈的家教则是:“孩子,你要是跑不过猎豹,就会被吃掉。”

  猎豹必须抓到瞪羚,否则就会饿死。经过一代又一代的激烈竞争,跑得慢的猎豹饿死了,活下来的都是精锐中的精锐。

  然而这些最善跑的猎豹,虽然有着每小时接近101公里的速度,柔韧的脊椎,强劲的长腿、钉鞋般的爪子和流线体形,比祖先不知快了多少,猎豹捕到的瞪羚却不比祖先多。这是因为猎豹遭受考验的同时,瞪羚也在面临着同样的考验,只有跑得最快的瞪羚才能生存。虽然瞪羚的速度也有很大进步,能甩掉猎豹的瞪羚也没有增加,个中道理跟猎豹一样。


  猎豹和瞪羚都被栓在红色皇后的跑步机上。两方不断地进化,越跑越快,但它们得到的东西,并没有跑得慢的祖先多。猎豹没有杀绝瞪羚,瞪羚也没有饿死全部的猎豹,虽然它们飞奔如同红色皇后,却始终留在原地。


  结语:红皇后假说的出现或许只是人类了解生物进化的一个过程,而生物进化论的存在也只是对于生物本身探索的一个开端,而生物还有很多很多的事情以及问题需要生物学家去解开,人类的存在本身就存在许许多多的谜底,因此在研究生物的同时也是对人类自身了解的一个阶梯。


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