黑皇後假說

出自 MBA智库百科(https://wiki.mbalib.com/)

　　黑色皇後假說指不同的物種爭相“墮落”，儘可能擺脫那些代價高昂的生理功能——生物不是越來越複雜，而是越來越簡單。

　　原綠球藻屬（Prochlorococcus sp.）的細菌，是這世界上最柔弱的生物之一。如果讓這些微生物自力更生，恐怕它們連保住小命都困難。這看起來非常不可思議，因為它們可是世上數量最多的光合生物。

　　在漫長的演化過程中，這些細菌顯然一副 “成功人士” 的樣子。它們慢慢地失去了分解過氧化氫（H2O2 ）等有毒物質的能力，讓別的生物替自己做這些 “粗活兒” 。這樣的種間關係在自然界中非常普遍，但我們有時候搞不清楚這些關係最早是如何形成的。研究者提出了一種新的演化理論，幫助解釋這種依賴性是如何形成的。他們把這個理論稱為 “黑色皇後假說”（The Black Queen Hypothesis），而這個理論本身就跟它的名字一樣，非常巧妙。

　　黑色皇後 vs. 紅色皇後

　　對很多人來說，演化意味著生物的複雜性越來越高，但自然界里有很多生物其實並不按照這個套路出牌，它們越演化生物複雜性便越低。科學家把這種現象稱為 “退行性演化”。

　　退行性演化的現象常常能在寄生生物中觀察到。比如，在你身體裡面扭來扭去的絛蟲。它靠皮膚吸收生存所需的全部營養物質，根本不需要消化道。畢竟，保留一個非必需的生理功能，所需的能量成本是很高的。對絛蟲來說，把消化道統統扔掉，絕對是百利而無一害。

　　在各種寄生細菌中，你也可以觀察到類似的演化過程，假如周圍有寄主能處理一些 “生活瑣事”，這些細菌便會把這些代謝功能和它們體內的相關基因統統丟棄。導致這種退行性演化的最常見的原因，是生物學家所說的 “遺傳漂變”。所謂遺傳漂變，就是由於一個物種中的部分生物與其它同類相隔絕，且個體數量很少，造成這個種群中的隨機遺傳突變的頻率升高。

　　寄生生活的兩個特征，正是與世隔絕和個體數量少。但是，生物學家明確地將原綠球藻屬的生物劃為自養細菌，這意味著它們跟寄生一點邊兒都不沾。那麼，這些細菌的生存，究竟是如何變得這樣依賴其它微生物呢？

　　這個問題的答案，就在生物學家傑夫·莫裡斯（Jeff Morris）提出的 “黑色皇後假說” 中。他和同事在最新一期的《微生物》中，詳細解釋了這個新奇進化理論背後的邏輯。

　　“黑色皇後假說”中的黑色皇後，指的是撲克游戲中的一張牌，也就是紅心大戰中的黑桃 Q。這個游戲的目的是儘量少得分。然而，黑桃 Q 這一張牌的分數，與其他所有牌的總分相同，因此，在紅心大戰中取勝的關鍵是不要得到這張牌。回到生物演化上來。黑色皇後假說將某些基因，或者更籠統地說， 將某些生理功能，類比為黑桃皇後這張牌。維持這些生理功能會消耗很多能量， 因而生物並不傾向於保留它們，這導致廢棄這類功能的生物在自然選擇中具有優勢。

　　同時， 這類功能也得有一個不可或缺的作用——公共利益， 它能迫使群體中至少有一小搓個體，將此功能保留下來。畢竟，缺了黑桃皇後這張牌，紅心大戰也玩不起來。我們再來看原綠球藻屬的這個故事。維持整個種群生存的那些個體，提供的 “公共利益” 就是分解有毒的過氧化氫（H2O2 ）。生物學家把這個叫做 “漏” 遺傳功能——保留了這個生物學功能的個體，能讓周圍的任何生物都從中獲益。

　　黑色皇後假說所導致的結果，聽起來跟上文提到的寄生關係非常相似，這沒什麼好奇怪的，那是因為它們本來差別就不大。不過二者還是有兩點重要的不同之處：

　　黑色皇後假說中，退行性演化並不是由遺傳漂變（也就是偶然事件）導致的，而是自然選擇的結果。只要失去一個基因的利（這個利是由周圍的其它“漏”生物帶來的）大於弊，這個基因的丟失會繼續在整個種群中擴散。

　　黑色皇後假說絲毫沒有表明，保留了 “漏” 遺傳功能的生物自身適合度下降。但在寄生生物與寄主的關係中，寄主的適合度顯然是下降了。

　　這兩點是微妙卻十分重要的差異。大多數人對寄生的概念並不陌生，寄生關係中，寄生者受益而寄主受害。很多人也熟悉共生的概念，在共生關係里，不同的兩種生物均能從中獲益。寄生和共生都是種間關係的一種形式。（人們對其他的種間關係並不熟悉，比如共棲，即兩種共居的生物中，一方受益，另一方也受益或不受傷害。）

　　莫裡斯解釋說，真正的問題在於，不同形式的種間關係到底是怎麼出現的。他說，黑色皇後假說的意義不在於描述一種形式的種間關係，其意義在於解釋這些關係是如何演化的:

　　像 “紅色皇後假說”（紅色皇後假說，闡述了捕食者與獵物、寄主與寄生生物之間，雙方如何進行 “軍備競賽”）一樣， 黑色皇後假說可以導致 3 種主要種間關係類型中的任何一個，即寄生、 共棲和互利共生。 種間關係最終會演變為其中的哪一種，完全取決於生物生長和相互影響的具體情況。 二者之間的區別在於，紅色皇後假說的重點， 是解釋一種 “主動” 的演化，你可以將這個過程想象為，不同物種競相獲得能讓自己勝過競爭者或捕食者的能力。相較而言，黑色皇後假說講述的是一個被動得多的過程。“不同的物種爭相 ‘墮落’，它們都儘可能多地擺脫那些代價高昂的生理功能。”莫裡斯說。

　　“黑色皇後假說里儘是些反其 ‘道’ 而為之的事——摒棄複雜性。人們通常覺得，生物是在進化的，而身體越來越簡單顯然是與此相反的退化。”