挑战经典理论,让他成为“高贡献作者”

上为高山榕,下为钻入无花果的榕小蜂。

■本报实习生 赵婉婷 记者 胡珉琦

最近,中国科学院版纳热带植物园(以下简称版纳植物园)研究员王刚收到一封邮件,恭喜他作为通讯作者于2024年8月发表在《整合动物学》的研究,获评2024年第三季度“Wiley威立中国高贡献作者”论文。这一奖项主要依据论文下载量评选。

王刚团队这项研究发现,过去被认为是“专情”的动植物传粉组合也会“分分合合”。当时论文发表后,正好赶上9月底榕树与榕小蜂创新研究国际研讨会召开。会上,同行针对他的研究进行了激烈讨论,有不少学者对其论文观点进行了驳斥。因为他的这项“小工作”挑战了一个被推崇几十年的生物学经典理论——协同进化成种机制。

王刚与法国同行甚至从白天激辩到深夜,后者下了“帖子”邀他去法国实验室断续“论剑”。

挑战一个经典理论会经历什么?

质疑、争论,已经是王刚近年来的科研日常。这得从他更早的一项研究谈起。

达尔文彗星兰有着狭长的花矩,长喙天蛾用长长的喙伸进花矩授粉,这是协同进化的奇妙手笔,二者是一对进化上的完美“搭子”。

传统观点认为,这类专性传粉组合互利互惠,“搭子”彼此高度绑定,授粉者不会给其他植物传粉,也没有其他授粉者给植物传粉,这种“一对一”的专性关系驱动了二者的特化与协同演化。

类似的专性授粉组合还有无花果树,也就是榕树,以及专门为其授粉的蜂。王刚从硕士期间就开始做榕树-榕小蜂系统的研究,当时,他把传粉系统一对一协同分化的机制奉为真理。

但随着研究的深入,他开始思考:“植物与传粉者如果只能通过严格的专性关系协同成种,且两者一直匹配得很好,最终攀到了适合度最高的‘进化山顶’,还有什么动力继续改变并促进物种分化?”与此同时,榕树-榕小蜂这个最古老的专性授粉系统,已经被观测到违背一对一传粉、转移宿主的现象。

2018年,在上海召开的一场学术会议上,还是助理研究员的王刚汇报了自己计划提出的榕树-榕小蜂协同物种多样化机制的新假说和主要证据。这项研究揭示了部分榕树-榕小蜂通过传粉关系的分分合合实现协同物种多样化的基因组和行为证据,指出这两个被认为一对一绑定物种的进化的模式应该是发散式的。王刚这一发现也印证了美国学者1980年提出的观点,即协同进化“搭子”并不是必须相伴一生不分离的。

这场报告从上午9:30开始,本应控制在半小时以内,结果却迟迟无法结束。一位业内权威的法国同行不断向王刚抛出问题——“你分析的榕树在全球是否有足够的代表性”“你使用的基因组数据质量是如何保证的”。台上台下,你来我往,这场“争辩”一直持续到中午,不得不暂时中断。

会后,他与这位法国同行同乘一辆出租车,继续未完的“交锋”。直到深夜,法国同行索性向他发出邀请:“来我实验室,咱们一起从头做分析。”

但王刚选择留在国内,继续为自己的想法完善证据链。

2021年,王刚的研究取得了重要进展。他与团队用可靠的基因组证据揭示,从进化时间尺度上来看,榕小蜂从来就不是“专情”的,而会广泛地“移情别恋”,给其他榕树物种传粉,使得不同榕树物种的杂交贯穿了协同进化历史。这一发现进一步表明,榕树-榕小蜂并非完全遵循专性关系主导的协同进化成种理论。

这项成果最终发表于《自然-通讯》,但审稿过程一波三折。审稿人不断质疑分析方法与结论解读,后来王刚整理审稿意见时才发现,说服审稿人的四轮论证竟用了101页纸。

文章发表后,越来越多的同行开始重视专性传粉关系体系中的植物杂交现象。

“生死绑定”还是“分分合合”?

然而,要进一步捍卫发散式的协同成种理论,还需要更具普适性的证据。

2024年8月,王刚团队发表于《整合动物学》的最新论文又拓宽了研究广度。结果显示,除了榕树-榕小蜂,其他“专一”传粉组合在进化过程中都有过高频率的“分手”,分手事件同样促进了物种的分化与多样性,表明发散式协同进化具有普适性。

然而,要彻底撼动经典理论依然很困难。不过,进化留下的痕迹有迹可循。

在这一研究中,王刚系统性调查了6个经典的专性传粉系统,分析了动植物组合所经历的分化事件。在协同系统发育分析中,由基因信息可以得到植物与授粉者各自的系统发育树,进一步比对两棵进化树的分支和当前传粉关系,就能看到物种分化事件的发生。

“如果植物与授粉昆虫同步发生分化,你变成两个物种,我也变成两个物种,分化后还是一对一,就是协同物种形成事件。”但王刚进一步解释,两者的分化也会发生错位,例如一方分化出新种而另一方没有变化,就说明有非协同事件引起了分化差异。而这类非协同成种事件包括宿主转移、独立成种、关系破裂,例如昆虫找到新欢植物,或植物开始采用新的传粉方法……

有意思的是,王刚在这项专性传粉系统的研究中发现,协同成种事件仅占14%~44%,即不到一半,非协同成种事件在进化中反而占主导。这与经典理论中协同分化主导成种的进化格局不符。

这一结果证明,植物与授粉昆虫的传粉组合并非相守一生,而是通过更复杂的“分分合合”的动态过程实现共同多样化。王刚认为,这种灵活的协同进化模式,也是生态系统整体性和动态性的体现。

“传统观点认为,由于专性传粉系统的二者是绑定的,所以关系一旦破裂,如植物或传粉者一方灭绝,另一方也将面临灭顶之灾。”王刚告诉《中国科学报》,然而物种可以通过“调整伙伴关系”来应对新挑战,所以面对气候危机时既要警惕风险,也要意识到物种在危机中也有机遇。“这同样提示我们,不能完全从静止视角出发,要从动态的生态网络视角制定保护策略。”

“协同进化理论像一根铁丝,大家过去已经掰到了一个方向。我却强调往另一方向掰的重要性,自然就像跟大家唱反调。”王刚笑着说。

然而,重要的是永远要用证据说话。

“版纳植物园有着得天独厚的自然资源,在雨林中工作,可以对生态有更细致、动态的观察。”这也给了王刚坚持下去的信心。

科学家可以好好“吵架”

挑战经典,直面争议,王刚对此很坦然。在他看来,科学家好好“吵架”没什么问题。

那位曾和王刚激烈辩论的法国同行名叫Jean-Yves Rasplus,是法国国家农业研究所资深科研人员,也是研究榕树-榕小蜂协同进化40年的前辈。早在王刚读博期间,二人就已相识。

正是2018年的那场会议辩论促使二人各自潜心寻找证据。2021年王刚的文章发表后,Rasplus团队也于2023年发表了相关成果,他的研究吸收了王刚的证据与见解,但坚持专性关系主导协同进化的理论。

有趣的是,这场看似无休止的科学争论反而加深了两人的情谊。“每次Rasplus来版纳植物园,或者我们在会议上碰面,他都会主动找我讨论最新进展。”王刚说。

头发灰白的Rasplus告诉《中国科学报》,学术辩论是科学发展必要的探索过程,但其意义往往被低估。他强调,辩论必须建立在尊重对方和对方工作的大前提下,如果只是为了突出新发现而诋毁以前的工作,就是不正确的做法了。

虽然二人的学术观点不完全相同,但对于好好“吵架”的看法不谋而合。

Rasplus认为,学者之间的争论不只是单纯的辩论,还是互相学习、表达客观建设性意见的好途径,甚至是未来合作的第一步。“这是单凭发论文无法达到的效果,也是科学的魅力所在。”

“我们更多是相互靠近,论点得到了某种意义上的中和。”王刚说,两种不同的学术理论,有时不一定是对彼此的驳斥与否定,而是相互补充,是对科学问题与现象更全面的理解。

毕竟,科学的意义在于发现未知。两人的经历就像发散式协同进化,如果人人都有契合的观点,互相附和,没有一点质疑和新见解的声音出现,还怎么促进科学的“进化”?

相关论文信息:

10.1111/1749-4877.12886

10.1038/s41467-021-20957-3

10.1098/rspb.2015.2963

 
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