在诸如导致恐龙灭绝的小行星撞击地球这样的艰难时期，一些植物为了自救而蜕变为“充满希望的怪物”。如今，一项新的研究表明，这些怪物比我们想象的更为常见。
6600万年前撞击地球导致恐龙灭绝的小行星只是引发某些开花植物变成“充满希望的怪物”的九大灾难性事件之一。（图片来源：solarseven via Getty Images）
6600万年前，一颗导致恐龙灭绝的陨石撞击地球，许多开花植物为了应对由此引发的环境危机，进化成了“充满希望的怪物”。如今，一项新的研究表明，这并非这些植物唯一一次以这种方式应对灾难。在过去1.5亿年中，开花植物曾九次复制自身的整个基因组，从而在灾难面前获得更高的生存几率。
这项研究可以帮助科学家了解随着气候变化和生物体遭受另一次环境剧变，开花植物（包括人们食用的大多数农作物）将会发生什么变化。
“全基因组复制浪潮与重要的地质事件或进化时期相关，”比利时根特大学的基因组生物学家、该论文的合著者伊夫·范德皮尔告诉《生命科学》杂志。
近一个世纪以来，全基因组复制一直困扰着科学家。拥有两套以上基因组的生物被称为。人类拥有两套染色体，是二倍体。多倍体有时被称为“充满希望的怪物”，因为它们与亲代生物体截然不同——但它们有可能在亲代无法生存的环境中存活下来，因此为物种带来了希望。
但范德皮尔说，这些生物体本身就是一个悖论。“当你到户外开始采集植物时，你很有可能采集到多倍体植物，”他解释说，多倍体植物是指经历了全基因组复制的植物。“然而，当我们分析植物基因组时，我们发现很少有证据表明许多全基因组复制能够长期存活下来。”
这是因为对植物而言，全基因组复制是一场高风险的赌博。“从细胞生物学的角度来看，这并非易事，”他说道，“其中蕴含着诸多代价，”例如细胞体积增大、生育力下降以及其他后果。正因如此，多倍体通常被视为进化的死胡同，因为这些突变不太可能持续存在。
范德皮尔说，我们食用的许多农作物都是多倍体，这是人类在潜意识中逐渐选择的，因为它们的果实更大，或者更能适应环境压力。但多倍体个体在环境稳定时难以与其他同类竞争，因此在气候条件适宜时容易灭绝。不过，在环境恶劣的时期，多倍体可能更能适应。
“植物历史上的爆发”
这项发表于周五（5月8日） 《细胞》（Cell）杂志的新研究中，研究人员分析了470种开花植物（被子植物）的基因组。他们在这些基因组中寻找全基因组复制的痕迹。最终，他们发现了过去1.5亿年间发生的132次独立的基因组复制事件，并利用化石植物等信息，确定了这些事件发生的时间。
2009年，范德皮尔及其同事发现，少数开花植物物种的基因复制事件集中在导致恐龙灭绝的陨石撞击前后。然而，最新研究表明，多倍体被子植物的兴起并非一次性事件，而是在过去1.5亿年间多次发生。研究人员至少发现了九个基因复制事件群，所有这些事件都与重要的环境事件相对应。
“我们看到基因组复制在时间上呈聚集性发生，而且每一次都与一个已描述的重要地质事件相对应，无论是全球降温期、全球变暖期，还是灭绝事件，”范德皮尔说。接下来读什么？
伦敦邱园研究多倍体进化基因组学的研究员凯文·伯德（Kevin Bird）并未参与这项新研究，但他表示，这项新研究有助于拓展以往的研究成果。“这项研究的发现令人振奋地揭示了生命如何在地球历史上最极端的时期生存和进化，”他说。“考虑到2009年的初步研究结果仅发现大约6000万至7000万年前的一次古老基因复制事件，他们竟然在植物的历史上发现了多达九次类似的基因爆发，这着实令人震惊。”
然而，他指出，这项研究应该作为进一步调查的起点。“总的来说，这项工作非常谨慎，采用了目前一些最好的方法，但当你要追溯到数亿年前时，总会存在很多不确定性，”伯德告诉《生命科学》杂志。
科学家表示，未来随着气候变化，对多倍体的研究可能会变得越来越重要。
“多倍体更能应对压力，而压力环境也会诱导多倍体化，”佛罗里达自然历史博物馆的生物学家道格拉斯·索尔蒂斯说道。他并未参与这项研究，但与范德皮尔有合作关系。“人类世将会——而且可能已经是——一个充满压力的时代，这将诱导多倍体化，同时也会选择多倍体。”
伯德同意气候变化可能会引发新一轮的基因组复制浪潮，但他指出，要观察这次浪潮将如何影响植物进化，还需要数百万年的时间。“我们现在可以预期的是，多倍体种群能够更好地耐受气候变化和其他人为干扰栖息地所导致的气候波动、强度增加和栖息地退化，”他说。
范德皮尔和他的团队正在人工培育多倍体植物，并研究它们如何应对逆境。“多倍体植物肯定具有某种逆境优势，但我们对这方面仍有很多不了解的地方，”他说。
在诸如导致恐龙灭绝的小行星撞击地球这样的艰难时期，一些植物为了自救而蜕变为“充满希望的怪物”。如今，一项新的研究表明，这些怪物比我们想象的更为常见。
6600万年前撞击地球导致恐龙灭绝的小行星只是引发某些开花植物变成“充满希望的怪物”的九大灾难性事件之一。（图片来源：solarseven via Getty Images）
6600万年前，一颗导致恐龙灭绝的陨石撞击地球，许多开花植物为了应对由此引发的环境危机，进化成了“充满希望的怪物”。如今，一项新的研究表明，这并非这些植物唯一一次以这种方式应对灾难。在过去1.5亿年中，开花植物曾九次复制自身的整个基因组，从而在灾难面前获得更高的生存几率。
这项研究可以帮助科学家了解随着气候变化和生物体遭受另一次环境剧变，开花植物（包括人们食用的大多数农作物）将会发生什么变化。
“全基因组复制浪潮与重要的地质事件或进化时期相关，”比利时根特大学的基因组生物学家、该论文的合著者伊夫·范德皮尔告诉《生命科学》杂志。
近一个世纪以来，全基因组复制一直困扰着科学家。拥有两套以上基因组的生物被称为。人类拥有两套染色体，是二倍体。多倍体有时被称为“充满希望的怪物”，因为它们与亲代生物体截然不同——但它们有可能在亲代无法生存的环境中存活下来，因此为物种带来了希望。
但范德皮尔说，这些生物体本身就是一个悖论。“当你到户外开始采集植物时，你很有可能采集到多倍体植物，”他解释说，多倍体植物是指经历了全基因组复制的植物。“然而，当我们分析植物基因组时，我们发现很少有证据表明许多全基因组复制能够长期存活下来。”
这是因为对植物而言，全基因组复制是一场高风险的赌博。“从细胞生物学的角度来看，这并非易事，”他说道，“其中蕴含着诸多代价，”例如细胞体积增大、生育力下降以及其他后果。正因如此，多倍体通常被视为进化的死胡同，因为这些突变不太可能持续存在。
范德皮尔说，我们食用的许多农作物都是多倍体，这是人类在潜意识中逐渐选择的，因为它们的果实更大，或者更能适应环境压力。但多倍体个体在环境稳定时难以与其他同类竞争，因此在气候条件适宜时容易灭绝。不过，在环境恶劣的时期，多倍体可能更能适应。
“植物历史上的爆发”
这项发表于周五（5月8日） 《细胞》（Cell）杂志的新研究中，研究人员分析了470种开花植物（被子植物）的基因组。他们在这些基因组中寻找全基因组复制的痕迹。最终，他们发现了过去1.5亿年间发生的132次独立的基因组复制事件，并利用化石植物等信息，确定了这些事件发生的时间。
2009年，范德皮尔及其同事发现，少数开花植物物种的基因复制事件集中在导致恐龙灭绝的陨石撞击前后。然而，最新研究表明，多倍体被子植物的兴起并非一次性事件，而是在过去1.5亿年间多次发生。研究人员至少发现了九个基因复制事件群，所有这些事件都与重要的环境事件相对应。
“我们看到基因组复制在时间上呈聚集性发生，而且每一次都与一个已描述的重要地质事件相对应，无论是全球降温期、全球变暖期，还是灭绝事件，”范德皮尔说。接下来读什么？
伦敦邱园研究多倍体进化基因组学的研究员凯文·伯德（Kevin Bird）并未参与这项新研究，但他表示，这项新研究有助于拓展以往的研究成果。“这项研究的发现令人振奋地揭示了生命如何在地球历史上最极端的时期生存和进化，”他说。“考虑到2009年的初步研究结果仅发现大约6000万至7000万年前的一次古老基因复制事件，他们竟然在植物的历史上发现了多达九次类似的基因爆发，这着实令人震惊。”
然而，他指出，这项研究应该作为进一步调查的起点。“总的来说，这项工作非常谨慎，采用了目前一些最好的方法，但当你要追溯到数亿年前时，总会存在很多不确定性，”伯德告诉《生命科学》杂志。
科学家表示，未来随着气候变化，对多倍体的研究可能会变得越来越重要。
“多倍体更能应对压力，而压力环境也会诱导多倍体化，”佛罗里达自然历史博物馆的生物学家道格拉斯·索尔蒂斯说道。他并未参与这项研究，但与范德皮尔有合作关系。“人类世将会——而且可能已经是——一个充满压力的时代，这将诱导多倍体化，同时也会选择多倍体。”
伯德同意气候变化可能会引发新一轮的基因组复制浪潮，但他指出，要观察这次浪潮将如何影响植物进化，还需要数百万年的时间。“我们现在可以预期的是，多倍体种群能够更好地耐受气候变化和其他人为干扰栖息地所导致的气候波动、强度增加和栖息地退化，”他说。
范德皮尔和他的团队正在人工培育多倍体植物，并研究它们如何应对逆境。“多倍体植物肯定具有某种逆境优势，但我们对这方面仍有很多不了解的地方，”他说。
