中国科学院曹晓风院士团队近期在植物进化机制研究中取得重大突破。
该团队通过对水稻跨纬度种植的系统研究,发现了环境因素诱导的表观遗传变异及其跨代遗传现象,为理解生物适应性进化开辟了新路径。
这项研究成果已被评选为2025年中国生命科学十大进展之一。
长期以来,关于生物进化机制的探讨主要围绕两种理论展开。
十九世纪达尔文提出的自然选择学说认为,生物通过随机基因突变产生遗传差异,环境对不同性状进行筛选,适应者得以生存繁衍。
而更早提出进化思想的拉马克则强调,生物在环境压力下主动产生的适应性改变可以遗传给后代。
在现代遗传学建立后,拉马克的获得性遗传理论因缺乏分子机制支撑而长期处于边缘地位。
曹晓风团队的研究为重新审视这一问题提供了关键证据。
研究人员将南方水稻品种引种至东北寒冷地区,经过多代种植后发现,部分水稻获得了显著的抗寒能力,且这种性状能够稳定遗传。
初步分析显示,这些水稻的基因序列并未发生突变,这意味着传统的基因变异理论无法完全解释观察到的现象。
深入的分子生物学研究揭示了其中的奥秘。
原来,南方水稻基因组中本就携带抗寒相关基因,但在温暖环境下,这些基因被DNA甲基化等表观遗传修饰所抑制,处于沉默状态。
当水稻面临持续的低温环境时,寒冷刺激促使抑制性的化学修饰被移除,抗寒基因得以激活表达。
更重要的是,这种去甲基化状态能够通过生殖细胞传递给子代,使后代在未经寒冷锻炼的情况下也具备抗寒能力。
这一发现具有多重科学意义。
首先,它揭示了表观遗传在生物适应性进化中的核心作用,证明环境因素可以通过非基因序列改变的方式影响遗传性状。
其次,研究表明生物应对环境变化并非完全被动等待随机突变,而是能够调动自身潜在的遗传资源快速响应。
这为理解物种如何在快速变化的环境中生存提供了新解释。
从应用前景看,这项研究为作物育种开辟了新思路。
传统育种主要依赖筛选自然突变或诱导基因变异,周期长且存在不确定性。
利用表观遗传调控机制,有望通过环境处理激活作物潜在的优良性状,加速育种进程。
这对应对气候变化、保障粮食安全具有重要现实意义。
业内专家指出,该研究并非否定达尔文理论,而是丰富了对进化机制的认识。
自然选择仍然是进化的基本动力,但表观遗传为生物提供了更灵活的适应机制。
两种理论在分子水平上实现了某种程度的融合:环境压力既可以选择已有的基因变异,也可以诱导表观遗传变化,两者共同塑造生物多样性。
这项里程碑式的研究不仅改写了教科书级的科学认知，更启示我们：自然界的智慧远比人类想象的更为精妙。
在生命演化的宏大叙事中，随机突变与定向适应或许从来就不是非此即彼的单项选择，而是相辅相成的双重奏。
当科学探索突破理论窠臼，我们得以用更开阔的视野审视生命与环境的永恒对话——这既是基础研究的魅力所在，更是人类认知边界的持续拓展。