红皇后假说（进化生物学家利·范·瓦伦1973年提出）

红皇后假说

进化生物学家利·范·瓦伦1973年提出

“红皇后假说”由进化生物学家利·范·瓦伦1973年提出，借用了《爱丽丝漫游奇境》中的“红皇后”的话：“你必须尽力不停地跑，才能保持在原地。”以此解释协同进化过程中的诸多现象，比如一个物种不断进化以抵抗自身寄生虫。目前，有两种假说可以在一定程度上解释遗传结构的进化——物种选择说和“红皇后假说”（The Red Queen Hypothesis）。“红皇后假说”描述了物种之间持续的演化竞争，其由美国芝加哥大学进化生物学家利·范·瓦伦提出，用以解释他所观察到的物种恒定灭绝风险定律，即一个分类群的灭绝可能性，与其存在的时间长度没有关系。

定义

红皇后假说指出，生物体需要不断进化以适应协同进化的生物环境，即，协同进化也可以导致无止境的选择压。

自然选择只导致生物当前的适应，进化功能则是潜在的适应或未来的适应能力。

目前有两种假说可以或多或少地解释具有进化功能的遗传结构的进化，即红皇后假说（Red Queen hypothesis）和物种选择（Species selection）说。

名称来源

在英国作家路易斯·卡洛尔的《爱丽丝镜中奇缘》中，红皇后对爱丽丝答道：“在这个国度中，必须不停地奔跑，才能使你保持在原地。”

进化生物学家利·范·瓦伦于1973年借用红皇后颇有禅意的回答提出红皇后假说，恰如其分地描绘了自然界中激烈的生存竞争法则：不进即是倒退，停滞等于灭亡。

解释的现象

生态上密切相关的物种的相互关联地进化叫做协进化或协同进化。协同进化的结果是相互适应，物种之间形成非常复杂的相互作用、相互依存的关系。这种关系是除了物理的环境条件之外的另一种重要的外环境。在物理环境条件相对稳定的情况下，物种之间的关系构成驱动进化的选择压。一个物种的任何进化改进可能构成对其他相关物种的竞争压力，所以，即使物理环境不变，种间关系也可能推动进化。在通常的环境下，物种之间保持着一种动态的平衡。

物种间的生态关系的牵制作用使得物种在其生存期间绝灭的风险相对恒定：后代与祖先，新种与老种绝灭的机会几乎是相同的。这就是红皇后假说所要解释的现象。

一个分类群的对数形式的生存曲线是线性的，绝灭概率是相对恒定的。自然界中的物种生存状况就像路易斯·卡洛尔描写的《爱丽丝镜中奇缘》中的红皇后所言的情景：“你必须尽力地不停地跑，才能使你保持在原地”。用中国话说就是“逆水行舟，不进则退”。在逆水中要保持在原来的地方，也要不停地尽力地划。

或者更形象地比喻为鱼儿在急流中逆水而游，它们尽力地游才能不被水冲走，但要越过浅滩或暗礁，则要跳跃。种间关系的牵制作用使得物种要获得显著的进化改变相当困难，这是因为在生态系统中物种的进化是相互制约的，物种都在进化。从短期来看，只要跟得上就能生存下去。但从长远看，一个物种要在生态系统中获得有利地位就要比别的物种跑得更快。

一个物种若具有较大的进化潜力，就等于在进化赛跑中有超常的速度与耐力。从长远来看，竞争的胜利者不是看当前的适应，而是看能否获得超出其他物种的进化能力。竞争的胜利者是那些获得超出其他物种的进化能力的。当前的适应并不能保证未来的成功，具有大的进化潜力的物种才能获得长远的成功。红皇后假说与物种选择说结合起来，可以解释具有进化功能的遗传结构起源。

有性繁殖是生物体抵御寄生物入侵的有效策略。与寄生物之间的协同进化可以为生物体维持遗传变异，通过有性繁殖过程中的基因重组，生物体能够获得更多的多样性特征。在与寄生物之间的生存竞争中，某些先前不必要的特征可能会突然变成决定生死的关键，进而使生物体通过有性繁殖获得生存优势。

该假说支持进化论理论，后者称两种动物的基因组混合产生的后代具有新的遗传密码，面对外来物质的攻击它具有更强的抵抗力。异体受精能够帮助生物更好的对抗寄生虫持续的“进化竞争”，后者在不断地进化改变试图感染生物体 。

在共生的世界里，没有对“最适者生存”的保证，为了生存必须不停地“奔跑”。

片面性

红皇后假说强调了物种生存环境中的生物学因素，忽略物理环境因素。

现状

在英国动物学家 M. Ridley 的《Evolution》（Blackwell, 2004）中这样写道：

如果物理环境停止了改变，你是否会认为进化也会停止。如果进化决定于物理环境，那答案是肯定的，或许需要一段弛豫时间已完全适应最终的物理环境。但是在“红皇后的世界”中，协同进化过程就像是有着属于她自己的生命，即使物理环境停止了改变，进化过程也不会停止。回答这个问题是非常困难的，至今没有答案。

学术进展

2012年8月，一个由中国科学院、吉林大学和美国纽约州立大学研究人员组成的联合小组，从物理学角度系统阐释了生物进化中由来已久的难题，其中包括著名的“红皇后假说”。相关论文发表在美国物理联合会期刊《化学物理》(J. Chem. Phys., 137, 065102)上 。

传统的进化论强调生物系统适应物理环境的过程，其动力学过程有背后的“势”函数来控制。而真实的生物进化，是由物理环境和生物环境共同决定。但是，如何考虑复杂的生物环境的影响，一直是传统进化论中没有解决的难题。该研究通过引入“流”的概念，揭示和量化了生物相互作用所导致的进化驱动力。

在新理论中，进化过程中形成的“势”与“流”好比是进化驱动力的“阴阳”两面，类似于量子世界中的波粒二象性，或者是决定电子运动的电场与磁场。该研究发现，同种群或种群间生物个体的相互作用会导致“流”的产生，即使物理环境保持不变，在“流”的驱动下进化可以永无止境。

参考资料

1.生物演化“红皇后假说”再被阐释·人民网