细菌与病毒因“军备竞赛”快速进化

生物学家现在可看到进化在更快的时间尺度上发生，而不是达尔文所设想的那样缓慢、渐进的过程。美国加州大学圣迭戈分校研究人员将细菌和病毒放在一个封闭的实验室烧瓶中，在短短3周内，细菌（大肠杆菌）和病毒（噬菌体）之间加速的“军备竞赛”导致了几代的进化适应。最新发表在《科学》杂志上的研究揭示了独特的进化模式。

快速的致病进化正以新的方式塑造着世界。譬如新冠病毒就表现出了强大的进化适应能力，当它们遇到抗体、疫苗和其他阻碍其有效感染和传播的障碍时，就会产生新的毒株。微生物进化的这些新概念正在严重影响患者的治疗方式。

此次实验发现，当病毒感染它们的细菌邻居时，细菌会进化出新的防御措施来击退攻击。然后，病毒再通过自身的进化调整来对抗细菌的进化适应。

随着时间的推移，细菌和病毒适应彼此的存在，出现了两种显著的重复模式。其中包括嵌套性，即细菌和病毒之间的狭隘相互作用被“嵌套”在更广泛的相互作用中；模块化，即物种之间的相互作用形成专门群体内的模块，而不是群体之间的模块。

研究人员惊讶地发现，小烧瓶中的进化实验重现了之前在区域和跨洋尺度收集的细菌和病毒之间观察到的复杂模式。

结果显示，进化并不一定像达尔文认为的那样缓慢而渐进。这项研究展示了进化的力量，并为复杂的生态网络如何在不同的生态系统中发展提供了新的视角，无论它们是稀树草原上的食物网、雨林中的传粉媒介网还是海洋中相互作用的微生物。

研究还表明，进化可在很少的外部帮助下迅速产生复杂的生态网络。这种外部进化力量的例子，包括地理距离、环境驱动因素以及与其他物种的相互作用。使用噬菌体和细菌作为模型来理解一般进化原理，有助于展示地球上的生命如何从简单进化成现在多样而复杂的生态系统。