密歇根大学的一项研究对这一图景提出了挑战。该研究由进化生物学家张建志（Jianzhi Zhang）领导，表明有益突变可能比长期存在的理论所预测的要普遍得多。但存在一个问题。许多有用突变可能持续时间不够长，无法成为永久性的。
一项主要进化理论面临新考验
在进化过程中，突变随机产生。有些会消失。另一些则会扩散，直到种群中的每个成员都携带它们，这一过程称为固定。
半个多世纪以来，分子进化领域最具影响力的观点之一一直是分子进化中性理论。该理论最初提出于20世纪60年代，认为在基因和蛋白质水平上，大多数固定的遗传变化都是中性的。根据这一观点，有害突变通常会被自然选择淘汰，而真正有益的突变非常罕见，因此大多数持久的分子变化被认为是中性的。
张建志及其同事着手检验该理论背后的一个关键假设。有益突变真的那么稀缺吗？
他们的研究结果表明，答案可能是否定的。
有益突变可能出乎意料地普遍
利用来自他们自己实验室和其他实验室的大型深度突变扫描数据集，团队研究了酵母和大肠杆菌等模式生物中许多突变的影响。在深度突变扫描中，科学家在基因或基因组区域中制造许多突变，然后测量这些变化如何影响生物体。
研究人员追踪了生物体许多代，并将它们与野生型（即在自然界中最常见的版本）进行比较。通过测量生长情况，他们可以估算突变是有益、有害还是影响甚微。
他们发现，在所检查的改变氨基酸的突变中，超过1%是有益的。这听起来可能很少，但在进化理论中却是巨大的。如果有这么多突变是有益的，团队计算出超过99%的氨基酸替换应该是适应性的。基因进化的速度也应该比科学家在自然界实际观察到的要快得多。
这种不匹配迫使研究人员重新思考他们的一个假设。他们得出的结论是，问题可能在于环境并非静止不变。
进化追逐移动的目标
一个突变在一种环境中可能有用，而在另一种环境中可能有害。如果环境在有益突变扩散到整个种群之前发生变化，该突变可能会失去其优势，甚至成为累赘。
“我们要说的是，结果是中性的，但过程不是中性的，”密歇根大学生态学与进化生物学教授张建志说。“我们的模型表明，自然种群并没有真正适应其环境，因为环境变化非常快，而种群总是在追逐环境。”
团队将这一框架称为“拮抗多效性适应性追踪”。简而言之，这意味着种群可能不断对变化的环境做出反应，而许多突变具有取决于环境的权衡。
今天提高适合度的突变明天可能会降低适合度。因此，进化过程中可能充满了永远不会成为永久性的有益变化。
酵母实验展示了条件变化时会发生什么
为了验证这一想法，张建志的团队在800代的时间里比较了两组酵母。一组在稳定的环境中进化。另一组在由10种不同生长培养基组成的变动环境中进化。
变动环境组在第一种培养基中度过80代，然后在下一种中度过80代，依此类推，直到完成800代。（每一代持续3小时）
研究人员发现，在暴露于变化条件的组中，有益突变要少得多。有益突变仍然会出现，但它们往往没有足够的时间在条件再次转变之前扩散到整个种群。
“这就是不一致性的来源。虽然我们在特定环境中观察到大量有益突变，但那些有益突变没有机会被固定，因为当它们的频率增加到一定水平时，环境就改变了，”张建志说。“旧环境中的那些有益突变在新环境中可能变得有害。”
为什么完美适应可能遥不可及
这些发现指向了一种更为不安定的进化观点。进化并非稳步迈向生物体与其环境之间的完美契合，种群可能经常陷入对不断变化的条件的追逐之中。
张建志表示，这一观点对包括人类在内的生物具有广泛的影响。
“我认为这具有广泛的影响。例如人类。我们的环境发生了巨大变化，我们的基因可能不是最适合当今环境的，因为我们经历了许多其他不同的环境。一些突变在我们的旧环境中可能是有益的，但与今天不匹配，”张建志说。
他补充说，在任何种群中观察到的适应程度可能取决于其环境发生变化的时间有多近。
“无论何时观察一个自然种群，取决于上一次环境发生重大变化的时间，该种群可能适应得很差，或者可能适应得相对较好。但我们可能永远看不到任何完全适应其环境的种群，因为完全适应所需的时间几乎比任何自然环境保持恒定的时间都要长。”
科学家研究突变方式的更大转变
中性理论出现在生物学的一个转折点。20世纪60年代之前，科学家通常通过检查生物体的形状、结构和物理特征来研究进化。随着研究人员开始对蛋白质及随后的基因进行测序，他们能够在分子水平上研究进化。
这一转变揭示了中性理论能很好解释的模式，包括为什么许多遗传差异似乎随时间稳步积累。密歇根大学的这项研究并没有抹去这段历史。相反，它提供了一种方法来调和两个看似矛盾的观察结果。
一方面，当科学家比较基因组时，许多被固定的分子变化看起来仍然是中性的。另一方面，实验表明有益突变在特定环境中可能大量存在。张建志的团队认为，如果有益突变通常是暂时的，那么这两者都可能成立。
进化遗传学的最新研究继续强调变化环境的重要性。一篇关于快速变化条件下适应性的2026年综述强调了等位基因频率和性状的转变如何在很大程度上取决于可用的遗传变异。其他酵母研究也表明，适应性可能受环境压力影响，且在一种环境中有益的突变可能在其他环境中带有代价。
这些发现共同强化了进化生物学中一个日益增长的主题。突变的影响并不总是能孤立地理解。它可能取决于周围环境、生物体的历史以及条件变化的速度。
警示与下一个问题
张建志指出了一个重要的局限性。研究中使用的许多数据来自酵母和大肠杆菌，这些单细胞生物使得测量突变的适合度效应变得更容易。将需要来自多细胞生物的更多深度突变扫描数据，以观察同样的模式是否适用于动物、植物和人类。
团队还计划调查为什么即使环境保持恒定，生物体也需要很长时间才能完全适应。
该研究由美国国立卫生研究院资助，并发表在《自然-生态与进化》杂志上。其他作者包括前密歇根大学研究生宋思亮和沈旭康，以及前密歇根大学博士后研究员陈飘飘。
目前，这项工作指出了一个引人注目的可能性。进化可能不太像稳步攀登走向完美，而更像是在追逐一个不断移动的世界。