前沿·聚焦

　　细菌大迁徙：达尔文那一套又不管用了

　　——21世纪“造物”技术有了理论工具

　　很多人把达尔文的“物竞天择 ， 适者生存”奉为圭臬 ， 但也有人并不相信生物进化论以及后来的社会达尔文主义那一套 。 至少 ， 它并不能完全解释这个世界的运行 。

　　比如 ， 一个受精卵分裂出的40万亿细胞 ， 是如何有序形成各个组织器官 ， 并最终发育为完整人体的？同一片森林里的上百种生物 ， 是如何抢占生存空间 ， 以构成复杂而稳定的生态系统的？尽管进化论指出了生命的演化规律和发展方向 ， 但多细胞生物“按需制造”的原理 ， 至今仍然是一个谜题 ， 而同一环境下的物种多样性 ， 也难以被一句“物竞天择”解释清楚 。

　　如今 ， 科学家又找到一个反例：微观世界里的细菌大迁徙 。 中国科学院深圳先进技术研究院、深圳合成生物学创新研究院研究员刘陈立所领导的科研团队 ， 与美国加州大学圣地亚哥分校教授华泰立的团队合作 ， 历时5年发现 ， 在细菌的迁徙过程中 ， 并非“快”胜出“慢”淘汰 ， 而是每种生物都对应着一个最优的扩张速度和策略 ， 据此算出生物迁徙进化策略的定量公式 ， 以其解释生物多样性并为未来的“造物”提供工具 。

　　前不久 ， 这一被认为“基础研究领域重大突破”的成果 ， 以长文形式在国际学术期刊《自然》杂志发表 。 中国科学院院士、中国科学院合成生物学重点实验室研究员赵国屏评价道：这一原创新工作所揭示的规律 ， 对于物种进化 ， 特别是物种内部微进化理论的发展 ， 具有不可取代的重要意义 ， 也是实验性进化研究的一次生动范例 。

　　“抢地盘”不光靠“跑得快”

　　非洲动物大迁徙是自然界的一大奇观 ， 每年数以百万的动物分为前中后“三军”向北进发：打头阵的 ， 是20多万匹野斑马 ， 紧跟其后的 ， 是百万头角马 ， 殿后的 ， 是50万只瞪羚 。 在此期间 ， 还有40万个新生命加入队伍 。

　　将这样的大场面“搬进”实验室 ， 把动物替换成细菌 ， 放进培养皿 ， 便成了刘陈立团队研究的对象——细菌大迁徙 。

　　刘陈立告诉采访人员 ， 根据传统的研究结果 ， 为了应对环境的变化 ， 生物通过迁徙获得营养或新的生存环境 ， 在迁徙过程中走在最前面的生物 ， 具有优先选择权 ， 可以选择可口的食物 ， 也可优先占领某一片领土 ， 似乎“越快越好”就是最优的生存策略 。

　　相应地 ， 在细菌迁徙的竞争中 ， 想要占领最大疆域 ， 也是扩张速度“越快越好” ， 不同细菌“单独奔跑”的情况下确实如此 。

　　然而 ， 不同细菌“同时奔跑”的时候 ， 出人意料的事发生了 。

　　在探究细菌迁徙的前期实验中 ， 刘陈立团队设计了4种培养环境 ， 在每种环境中反复“演绎”细菌迁徙过程 ， 各重复50个循环后 ， 科研人员惊奇地发现：菌群的迁移速率呈发散状变化 ， 占领外围的菌群越“跑”越快 ， 而占领中心的菌群 ， 则不断放慢“脚步” 。

　　结果显示 ， 不仅“快菌”有优势 ， “慢菌”也找到了自己的生存空间 。

　　“这一现象出乎我们的意料 ， 在均一环境下 ， 一般认为‘先到先得’ ， 速度变慢则意味着被淘汰 ， 此前领域内的研究也都未注意到‘运动速度慢’竟然也有其优势 。 ”刘陈立认为 ， 这些现象说明 ， 细菌在空间扩张过程中 ， 不只是采用了“加快运动速度”这一种策略 ， 还有其他因素决定着“最终版图”的分布 。