中科院重大发现为拉马克进化论提供关键证据 挑战传统生物演化认知

围绕“生物性状如何产生并遗传”这一进化生物学核心问题,长期以来学界普遍以自然选择学说为基本框架,即个体差异多由随机突变产生,再由环境筛选保留优势性状。

然而,关于“环境压力是否能够诱导并传递后天获得的性状变化”的争论也从未真正停息。

近期,中国科学院曹晓风院士团队以水稻适应低温为研究对象,提出并验证了一条重要路径:在特定生态压力下,环境不仅能“筛选”已有差异,还可能“触发”可遗传的表观层面变化,为相关理论争论提供了新的实验依据。

问题在于,水稻从温暖地区向高纬度、低温地区扩展时,为何部分材料能够在较短时间内获得更强耐寒性,并能在后代中保持?

按传统认知,这类适应应主要来自基因突变的积累与选择。

但研究显示,获得耐寒能力的水稻在关键基因的序列层面并未出现对应突变,这意味着性状改变的来源可能不在“字母表”式的DNA序列变化,而在遗传信息调控层面。

原因分析指向表观遗传机制。

研究发现,一些水稻材料并非缺乏抗寒相关基因,而是在温暖环境中,这些基因的表达被特定化学修饰“压制”,使得抗寒潜能处于沉默状态。

当水稻持续暴露于严寒等环境压力时,这种抑制性修饰发生改变,相当于“解除封存”,使抗寒通路被重新激活。

更重要的是,相关表观状态能够在后代中保持,从而表现为耐寒性状的稳定遗传。

该发现提示:环境压力可能通过改变基因表达的“开关状态”来动员潜在适应能力,并在一定条件下形成可传递的遗传记忆。

这一进展的影响具有多重意义。

其一,从理论层面看,它并非简单否定自然选择,而是补充了“变异从何而来”的来源维度:生命演化不仅依赖随机突变提供原材料,环境还可能诱导表观层面的变异,并与选择过程共同作用,帮助种群在突发或持续胁迫下争取适应窗口。

其二,从方法层面看,研究为解释“性状变化快于基因突变积累”的现象提供了可检验框架,有助于完善从基因—表型—环境三者耦合的研究范式。

其三,从应用层面看,作物面临低温、干旱、盐碱等多重逆境挑战,若能更精准识别并利用可稳定遗传的表观变异资源,将为抗逆育种开辟新路径,提升育种效率与适应性改良的可预期性。

对策层面,业内专家认为,应在基础研究与产业需求之间建立更紧密的转化通道。

一方面,加强对关键表观修饰类型、维持机制与可逆性的系统研究,厘清“何种压力—通过何种通路—在何种世代尺度上稳定遗传”的规律边界,避免将个别现象泛化。

另一方面,推动在水稻等主粮作物中建立表观变异资源库和标准化评价体系,将其与传统遗传育种、分子设计育种等手段协同使用,形成可推广的技术路线。

同时,面向东北等高纬度粮食主产区的气候波动风险,建议在种质创新、栽培管理与区域布局上同步发力,提升系统性抗风险能力。

前景判断上,随着表观遗传学、组学技术与大数据方法的进步,研究有望进一步回答两类关键问题:其一,环境诱导的表观变异在自然种群与农业系统中究竟有多普遍、能稳定到何种程度;其二,不同压力条件下形成的表观状态是否存在“代价”与权衡,如何在育种中实现收益最大化、风险最小化。

可以预见,未来进化研究将更加重视“环境—调控—遗传”的联动机制,农业科学也将更强调对作物潜在适应能力的系统开发。

生命演化的交响乐远比人类想象的复杂精妙。

当科学之光穿透表观遗传的迷雾,我们得以重新审视这个星球的生存智慧——生物既非完全被动等待自然筛选,也不单纯依赖主观努力,而是在环境与基因的对话中,书写着跨越时空的遗传密码。

这项来自东方的突破性发现,正在重塑人类对生命本质的认知边界。