鸟的羽毛从一开始就是用来飞的？事实并非如此。羽毛的进化最初可能出于绝热或防水的需求。像这样，在进化过程中性状的作用发生改变的现象，被称为“预适应”。虽然进化生物学著作中记录了各种预适应的例子，预适应发生的频率依然无人知晓。苏黎世大学的德烈亚斯·瓦格纳（Andreas Wagner）和阿迪亚·巴弗（Aditya Barve）独辟蹊径，通过研究复杂代谢网络中的适应机制，发现预适应现象在代谢系统中非常普遍。研究结果日前发表在《自然》上。
适应性状（adaptive trait）是在自然选择的作用下形成的、能适应生物所在环境的性状。瓦格纳和巴弗的研究结果表明，许多适应性状都有非适应性的起源。这一结果给进化生物学家带来了很多复杂的问题——分辨适应性状和非适应性状变得非常困难了。而划定两者的界限恰恰又是相当重要的：如果预适应过程是普遍的，那么自然选择在生物性状的出现中所具有的作用 ，也许并没有想象中那么重要。
早在1859年，达尔文在《物种起源》中就提到，现在行使某些特定功能的器官，最初可能是为了截然不同的作用而产生。例如，我们眼睛里的晶状体蛋白在刚出现时，就只是代谢系统中的酶。尽管预适应现象从宏观到分子水平都存在，但要揭示预适应在适应性状的产生过程中发挥着怎样的作用，就得进行更系统的研究。代谢系统是最原始的生物系统之一，对所有生命都很重要。生物体的代谢基因型编码一个代谢反应网络，涉及数百种酶促反应。科学家能对代谢系统的不同基因型和表型进行系统分析，这为研究预适应提供了良好的切入点。
瓦格纳和同事使用了崭新的计算方法分析了大肠杆菌（E. coli）的代谢系统，他们发现预适应现象在其中非常普遍。
如果一个代谢网络能够依赖某种碳源完成网络中所有分子的合成，则称这个网络可依赖该碳源存活。代谢网络依赖一种新碳源存活的能力可能源于预适应现象。因此，对于能靠某种碳源存活的代谢网络，可以通过分析它依赖其他碳源完成代谢全程的能力，来评估预适应过程的普遍性。
研究者选择了50种碳源，测定了以其中一种碳源（比如葡萄糖）为唯一碳源的500个随机生成的代谢网络利用其他49种碳源的能力，以“创新指数”（Innovation Index）表示。他们发现，在可利用葡萄糖存活的代谢网络中，96%能靠其他的碳源维持生存，一些代谢网络甚至能够利用20种不同的碳源。预适应现象也出现在其他网络中（图I）。这些结果提示，已有的利用某一碳源存活的能力背后，通常包含着利用其他不同碳源生存的潜能。文章指出，能通过多种碳源维持生存的“通才”生物，也许能利用在原本环境中没有的碳源存活。
这项研究结果表明，代谢潜能在碳代谢系统中是普遍存在的。这些非适应性的性状起源之所以如此丰富，是由于代谢系统的复杂性——代谢系统中不同的酶能联合成不同的代谢表型，从而增加预适应发生的可能性。如果预适应的普遍性得到证实，科学家可能需要重新审视有利性状的起源。
图I：碳源代谢中的预适应图示。横轴：50种碳源。纵轴：创新指数，即500个随机代谢网络可利用其他碳源的平均种类数。利用不同碳源的代谢网络，有着不同的预适应情况。利用醋酸盐（Acetate）的网络存在更多的预适应过程，依赖去氧皮质酮（deoxyadenosine）的通路，通过其他碳源维持运作的能力则较弱。
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信息来源：EurekAlert!
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