此前,研究人员已逐渐把泡沫病毒的起源时间回溯至1亿年前。但卡祖拉奇斯发现,有迹象显示,泡沫病毒感染爬行动物、两栖动物甚至鱼类的历史远远超过1亿年。但1亿年这个时间已被广泛认可,想要证明逆转录病毒的历史不止1亿年,卡祖拉奇斯必须确定泡沫病毒的起源时间才行。
他查阅了西蒙关于时间相关速率现象的论文,想知道如何将它应用到病毒研究中。他还想建立一个通用模型,让研究人员输入他们观察的时间范围,便可得到生物进化速率的相关细节。
为了确定进化速率如何随不同的时间范围而改变,卡祖拉奇斯和他的学生帕坤·埃尤萨昆(Pakorn Aiewsakun)尝试了四种不同的方法。他们发现,一个幂律衰减模型最符合他们的数据。
该模型显示,进化速率随着时间范围扩大而以指数方式减小。随后一项对396种病毒的研究显示,几乎所有基因组类型和复制策略的进化速率都以相同的速度放缓。现有的“进化钟”没有考虑到时间相关速率现象,因而对古病毒的起源时间判断有误,实际上,它们的历史要古老得多。
然后,卡祖拉奇斯和埃尤萨昆利用新建的数学模型,重新计算泡沫病毒的起源时间。他们发现,泡沫病毒出现于4.6亿至5.5亿年前。亚利桑那大学病毒学家迈克尔·沃洛贝(Michael Worobey)进行的独立研究也显示,这些病毒的起源时间比预想的要早。他们的研究使泡沫病毒成为了所有已知病毒类型中最古老的一种,不过卡祖拉奇斯认为,可能还有比它更古老的病毒。
上述发现的意义远远不只是找到了最古老的病毒那么简单。
关于泡沫病毒的起源时间,两组科学家得出了相同的结论,这表明,时间相关速率现象不只是统计学的遗珠,也不只是研究人员用来确定物种起源时间的方法。
除了这些,卡祖拉奇斯的模型还为研究人员提供了一种工具,以此来确定时间相关速率现象所产生的影响,而这反过来又能帮助我们了解造成这种现象的原因。
从更广泛的意义上来说,卡祖拉奇斯和西蒙的研究对进化速率保持不变的观点提出了挑战。“这改变了我们对分子进化的认知方式。”杜赫说,“它表明,进化速率并非一成不变。即便是同样的生物,进化速率也会随时间而改变。”
卡祖拉奇斯说,这还意味着,科学家可能需要重新确定远古进化事件的发生时间,因为他们可能低估了这些事件的“年龄”。卡祖拉奇斯还想知道,自然选择和突变饱和所导致的某些突变被删除,这是否是造成时间相关速率现象的唯一原因,抑或是,有其他因素在这种现象中发挥了作用。
“究竟是我们工具的局限性,还是我们忽略了什么?如果我们能弄清楚这个过程,将大大加深我们对进化的了解。”卡祖拉奇斯说。
翻译:于波
来源:Quanta Magazine