Phenotypic Plasticity &Evolution：Causes, Consequences, Controversies

作者：Davidw.Pfennig

出版：CRC Press

索书号：Q349/P541d/2021/Y

ISBN：9780367357047

藏书地点：武大外教中心

《表型可塑性与进化：原因、后果、争议》一书于2021年由CRC Press出版，作者是Davidw.Pfennig。本书由四个相互关联的部分组成，每一章都强调了未来研究的关键问题。同时，本书借鉴了许多关于植物和动物自然种群可塑性的研究，旨在培养对这一重要但经常被误解的现象的更大的认识。

近几十年来，进化原理已被整合到诸如发育生物学、生态学和遗传学等生物学学科中。结果，主要的新领域出现了，其中主要是进化发展生物学(或进化- devo)和生态发展生物学(或生态- devo)。受单一生命周期(个体发育史)变化知识的综合启发，进化-进化产生了发育生物学和进化生物学的统一，产生了意想不到的协同作用。分子生物学家使用由发育生物学家和系统学家产生的计算和概念工具，而进化生物学家在他们的研究中使用分子的详细分析。这些整合改变了范式，使现在能够回答曾经被认为难以解决的问题。

现代Evo-Devo发展的主要亮点是对细胞进化行为的比较，这在Stephen J. Gould 1979年提出的关于细胞在发育过程中活动时间的变化的建议中得到了证明——异时性是进化变化的主要力量，大量研究证明了跨越多种细胞类型的保守基因家族如何解释“发展和进化”。现在技术和仪器的进步使细胞生物学家能够对细胞的结构以及细胞产生、分裂、分化和死亡的过程进行更详细的观察。近年来，细胞生物学家提出了越来越多的问题，而这些问题的答案需要从进化史的角度来洞察。举个例子：有多少种细胞类型，它们之间有什么关系？考虑到这一概念基础，细胞生物学正准备与进化重新整合，以提供一种方法来组织和解释各种经验观察，并测试关于生命的细胞基础的基本假设。将进化生物学和细胞生物学结合起来，有可能产生关于细胞功能的新理论，并开创一个新领域，即“进化细胞生物学”。机制上，细胞提供了基因型和表型之间的联系，在发展和进化中都是如此。因此，以“进化细胞生物学：将基因型转化为表型”为主题的一系列书籍，记录、论证和确立了细胞机制在所有生命形式的进化中所发挥的核心作用。

1882年，也就是查尔斯·达尔文生命的最后一年，他为英译本《后裔理论研究》写了一篇简短的序言。作者是德国生物学家奥古斯特·魏斯曼，他是自然选择进化论的早期倡导者。在他的书中，魏斯曼（Weismann）试图通过对蝴蝶和蝾螈的一系列观察和实验来解释特征的变化。他明白，没有这种变异就不会有自然选择，没有自然选择就不会有生物特有的精巧适应的特征。魏斯曼的研究得出了一个不可避免的结论：一个人的环境会强烈影响他的性格特征。事实上，即使在正常的发育过程中，不同的环境条件也会产生性状。与不同物种之间常见的显著差异一样。达尔文被魏斯曼的研究结果迷住了。他写道：几位著名的博物学家充满信心地坚持认为有机生物倾向于变化，独立于他们及其祖先所处的环境；而另一些人则认为，所有的变异都是由于这种暴露，尽管环境是如何作用的还很不清楚。目前，生物学中几乎没有什么问题比变异的性质和原因更重要了。讽刺的是，我们仍然没有完全理解“变化的本质和原因”。

的确，在达尔文写下这句话的20年前，一位名不知名的摩拉维亚修道士格里高尔·孟德尔(Gregor Mendel)就已经推断出，父母会将离散的因素遗传给后代，这些因素可以预见地影响后代的特征。然而，这些发现一直被忽视，直到1900年才被重新发现。此后不久，丹麦生物学家威廉·约翰森(Wilhelm Johannsen)将孟德尔的因素命名为“基因”(源自希腊语genno，意为“生育”)。约翰森还引入了“基因型”(指生物体的基因组成)和“表型”(指生物体的可观察特征)的概念，并以此强调了表型是基因和环境相互作用的结果。大约在同一时期，瑞典生物学家赫尔曼·尼尔森-埃勒(Herman Nilsson-Ehle)创造了“表型可塑性”(表型可塑性)这个术语来描述魏斯曼观察到的现象——一个个体可以对不同的环境直接产生多种表型。然而，随着孟德尔工作的重新发现，胚胎学家和进化生物学家开始忽视环境在产生性状变异中的作用。这种以基因为中心的观点以进化生物学的“现代合成”为特征(在20世纪30年代和40年代，达尔文的思想与新兴的遗传学领域达成了和解)，并进一步编纂为分子生物学的所谓“中心法则”——在每一堂生物学入门课上讲授生物系统中的信息完全来自核酸，而不是环境。这种以基因为中心的观点甚至渗透到了公众的思维中。例如，理查德·道金斯(1976)在其颇具影响力的著作《自私的基因》中认为，有机体的表现型仅仅是传播其不朽基因的载体。同样，在肯·伯恩斯2020年的电影《基因：亲历史》(根据悉达多·慕克吉2016年的同名巨著改编)中，观众被告知，“盘绕在所有活细胞中心的DNA这个微小分子，就是书写生命之书的剧本”。

简而言之，基因通常被赋予了决定生物如何发展和进化的全能力量。然而，正如韦斯曼在近一个半世纪前所表明的那样，基因本身并不能决定一个人的表现型。因此，基因不能代表生物多样性的唯一解释。事实上，我们现在知道，所有的生物体都有能力通过调整其表型的某些方面(正如Weismann所观察到的)来对外部环境的变化做出反应，即使这个方面是外部观察者通常不会注意到的一些内部特征，如单个基因表达的变化。然而，与此同时，我们也知道，表型可塑性不应该被认为是“非遗传”的变化。在许多生物体中，不同的基因型在它们是否以及如何对任何特定的环境线索做出反应方面有所不同。这表明表型可塑性通常是由遗传变异奠定的，这进一步表明表型可塑性本身可以进化。

事实上，我们现在知道表型可塑性的进化可以产生重要的下游后果。但是，我们如何将这些事实与现代生物学联系起来呢？现代生物学继续将表型视为基因型的实现。如果这种表现型是个体基因及其环境的产物，那么这种基因与环境相互作用产生不同表现型的潜在机制是什么？这些机制是如何进化的，它们又是如何反过来塑造生态和进化过程的？表型可塑性真的能影响进化吗？如果是这样，表现型可塑性的研究是否会改变我们对进化的看法？这些关键问题构成了本书的基础。

为了解决这些问题，本书汇集了21位从不同角度研究表型可塑性的研究人员，综合了表型可塑性的原因和后果的现有理论和数据。在选择要涵盖的主题时，作者试图传达围绕表型可塑性研究的兴奋之情，并描述表型可塑性如何将所有生物学联系在一起。然而，本书的重点是长期以来关于表型可塑性在进化中的作用的争论。因此，这意味着一些重要的话题必然会被忽略，比如表型可塑性对理解许多人类疾病以及有机体对全球变化的反应的影响。此外，个别章节的写作是为了吸引广泛的读者，特别是生物学的研究生。因此，在不牺牲严谨的前提下，每一章都要尽可能通俗易懂。最后，在大多数章节的结尾，作者提供了一个文本框，在其中他们列出了未来研究的关键挑战。希望这些将为未来的研究人员提供后续研究的思路。

总之，关于表型可塑性的问题将贯穿全书。正如作者所描述的，生物学家早就认识到表型可塑性是生物的固有属性;与此同时，生物学家长期以来一直努力将可塑性纳入他们理解有机体发展和进化的框架中。第二部分强调了表型可塑性的原因。本节的主题范围从可塑性的潜在遗传和生理基础到生态学在塑造可塑性表达中的作用，包括表型可塑性的进化损失。第三部分着重于表型可塑性的后果：对于进化和生态学。在本节中，作者描述了表型可塑性如何不仅影响种群内发生的生态和进化过程，而且可能影响多细胞起源等大规模宏观进化现象，包括可能在化石记录中可检测到的现象。最后，最后一节讨论了几个世纪以来围绕表型可塑性和进化的争论，但最近又重新浮出水面。本节的目的不是简单地重提这些争议;相反，它是为了探索表型可塑性在进化中的作用已经(或可以)达成共识的领域。

本书目录：

系列前言：进化细胞生物学

序：对“可塑性”的看法

前言

编辑者

贡献者

第一部分可塑性与进化：概念，语境，问题

第1章表型可塑性是生物的固有属性

Sonia E.Sultan

第2章生物学中几乎没有比这更重要的问题了：查尔斯·达尔文和变异的本质

James T.Costa

3 表型可塑性的关键问题

David W.Pfennig

第二部分可塑性的原因：从基因到生态学

第4章表型可塑性的遗传变异

Ilan Goldstein, lan M.Ehrenreich

第5章塑性的生理机制与演化

Cristina C.Ledon-Rettig, Erik J.Ragsdale

第6章可塑性的生态学与演化

Emilie C. Snell-Rood, Sean M. Ehlman

第7章自然选择导致表型可塑性的丧失遗传同化

Samuel M.Scheiner, Nicholas A.Levis

第三部分可塑性的后果：适应、起源、多样化

第8章购买时间：可塑性与人口持久性

Sarah E. Diamond, Ryan A. Martin

第9章通过可塑性主导的进化实现创新和多样化

Nicholas A.Levis, David W.Pfennig

第10章表型可塑性和进化转变个性

Dinah R.Davison, Richard E.Michod

第11章化石记录中的表型可塑性

Adrian M.Lister

第四部分可塑性与演化：争议与共识

第12章行为可塑性的特例

Kathryn C. Chenard, Renée A. Duckworth

第13章世代间的可塑性

Russell Bonduriansky

第14章表型可塑性如何适应进化理论？

Douglas J.Futuyma

第15章可塑性与进化理论：我们在哪里我们应该去哪里

索引

邹娟武大生科院博士研究生