法蘭西斯.克里克研究所(Francis Crick Institute)的研究團隊在理解基因網絡如何演化以產生物種間多樣發育模式方面取得了重大進展。由數學與物理生物學實驗室組長Zena Hadjivasiliou博士領導的研究,已發表於《PRX Life》期刊上,深入探討了決定細胞發育過程的基因調控網絡(GRNs)的演化。透過模擬這些網絡,研究人員識別出能導致新模式出現的特定突變,例如蝴蝶翅膀上眼斑的形成,並發現重大的創新往往需要基因網絡內部的實質性改變,而非僅是微小的調整。
Hadjivasiliou博士強調了這項研究對於理解演化結果可預測性的重要性,並引用了演化生物學家Stephen Jay Gould的經典思想實驗:「如果重播生命的錄音帶,我們是否會得到與現今相同的動物界多樣性?」 研究結果暗示,某些突變可能如同「岔路口」,在演化早期就引導其走向特定的結果,即使演化本身具有隨機性。
此外,研究也呼應了蝴蝶眼斑的演化機制,這是一個基因調控網絡「協同利用」(co-option)的絕佳範例。研究顯示,這些複雜的圖案通常是透過重新部署現有的基因調控網絡來實現的,而這些網絡原本就負責發育如觸角、腿和翅膀等身體部位。這種對現有生物機制的巧妙再利用,突顯了演化過程的效率與彈性。
該研究的第一作者Harry Booth博士,一位數學家兼電腦科學家,利用了超過十萬次的電腦模擬來建構基因網絡的演化模型。他表示:「一旦達到這種規模,演化中所有隨機的特徵都會開始消失,剩下的就是這些過程的普遍性質。」他的工作為理解這些複雜的生物模式如何透過計算方法進行模擬和分析提供了基礎。
《PRX Life》期刊作為物理學與生命科學交叉領域的權威出版物,為這類跨學科研究提供了重要的發表平台。這項由克里克研究所發表的開創性研究,不僅深化了我們對演化發育機制的理解,也為未來探討遺傳多樣性與適應性提供了寶貴的見解,揭示了生命形式演變過程中潛藏的秩序與可能性。