摘要：2025年8月，一篇发表于《英国皇家学会学报B》（Proceedings of the Royal Society B）的研究震动了进化生物学界。来自澳大利亚国立大学（ANU）和多家国际科研机构的团队提出了一个全新的数学框架，揭示了生命演化的一种“分叉-加速”
2025年8月，一篇发表于 《英国皇家学会学报B》（Proceedings of the Royal Society B）的研究震动了进化生物学界。来自澳大利亚国立大学（ANU）和多家国际科研机构的团队提出了一个全新的数学框架，揭示了生命演化的一种“分叉-加速”动态：物种的分化并非一直遵循缓慢、渐进的过程，而是在分支节点处突然“踩下油门”，以惊人的速度发生适应性改变。这一模型不仅适用于乌贼、章鱼等头足类动物的演化史，也适用于蛋白质、语言乃至其他复杂系统的进化路径，深刻改写了我们对进化节奏的理解。
研究团队将这一现象命名为 “跳跃式分叉”（saltative branching）。他们通过对多组进化数据的分析发现，从古老蛋白质家族的序列演化，到语言家族的分化演进，再到头足类在过去5亿年间的形态爆发，几乎都遵循同样的模式：漫长的相对停滞后，伴随着分化事件的出现，演化骤然加速，产生巨大的多样性。
这是科学哲学中一段非常美丽的故事，它提醒我们，进化的节奏比我们想象的更加复杂与多变。
这项研究的提出，离不开半个世纪以来科学界对进化节奏的不断探讨和争论。
19世纪中叶，查尔斯·达尔文提出了著名的 渐进演化论（Darwinian gradualism）。他在《物种起源》中描绘了一个平缓、几乎连续的演化图景：物种通过微小、连续的累积性变化，经过漫长时间逐步演化成新物种。这一观点在相当长的时间内几乎主导了整个进化生物学领域。
然而，到了1972年，古生物学家 奈尔斯·埃尔德里奇（Niles Eldredge） 和 斯蒂芬·杰伊·古尔德（Stephen Jay Gould） 提出了颠覆性的 “间断平衡”（punctuated equilibrium） 理论。他们指出，化石记录中物种的演化并非平滑的“慢跑”，而更像是一种 “静止—爆发” 的动态：大多数物种在漫长的时间里几乎不发生明显变化，但在某些特定时刻，会在极短的地质时间尺度内发生剧烈的转变，迅速衍生出新物种。
当时，这一观点引发了巨大的争议。批评者认为，化石记录的不完整性让这些“跳跃”看起来比实际更加剧烈。然而，随着古生物学和分子生物学的发展，越来越多的数据开始暗示，这种看似“突发”的演化模式，可能不仅存在于化石记录中，也深刻体现在基因、蛋白质乃至语言的变化轨迹里。
几十年来，研究者们不断尝试用更精细的模型来描述这一现象。分子生物学家们通过 DNA 和蛋白质序列的比对，逐渐揭示了短期加速演化的信号；古生物学家们则利用越来越丰富的化石数据，追溯了长达数亿年的宏观演化路径。这些努力汇聚成了今天这项新的数学框架，为“间断平衡”提供了更加坚实、普适的量化支持。
新研究的突破，来自于一种全新的 数学建模思路。澳大利亚国立大学进化生物学家 乔丹·道格拉斯（Jordan Douglas） 和他的同事们，在长期研究生命早期演化的过程中，积累了大量关于氨酰-tRNA 合成酶（aaRS）这一古老蛋白质家族的结构和序列数据。这些酶是生命系统的基石，负责将遗传信息从 RNA 翻译成蛋白质，并在复制过程中自我循环迭代。
道格拉斯注意到，这些酶的演化轨迹并不像传统理论所描述的那样缓慢而均匀。相反，它们的进化呈现出一种 “分叉时突然加速” 的动态：在谱系分支形成的关键节点，演化变化的速率显著提高，随后才进入相对缓慢的独立演化阶段。
基于这一观察，团队引入了一个关键的数学参数—— “进化尖峰”（spike）。这个参数用来量化每次谱系分叉时所发生的突增性变化。与传统系统发育学模型只考虑 渐进式、独立变化 的假设不同，这一框架允许演化速率在时间和节点上动态变化，并且可以识别那些虽然在现代数据中消失，但在历史上确实存在过的 “幽灵分叉”（phantom bursts）。
这种创新性的算法，使得研究者能够重新审视从蛋白质演化到语言演化的各类数据集。英国雷丁大学的马克·佩吉尔称赞这项工作“比以往的方法更通用”，能够 动态调整进化树的速率结构，更真实地反映生命演化的节奏。
多领域验证：从章鱼到语言树
在建立起这个新模型后，道格拉斯团队将其应用于多个领域的十余个进化数据集，结果显示出惊人的一致性：
蛋白质家族的快速迭代：研究团队首先将模型应用于自身积累的 aaRS 酶数据集，结果显示：在分叉节点处，进化速率显著提升。这种快速“重塑”的过程，解释了这些酶在生命早期如何迅速扩展功能，推动了遗传密码的稳定建立。头足类的爆发式演化：团队进一步分析了涵盖 27 种现生头足类和 52 个化石的形态数据，发现头足类在过去 5 亿年的演化过程中，约 99% 的形态变化 都集中发生在谱系分叉的瞬间。从触手的出现到身体结构的重组，几乎所有标志性特征都与进化分叉时的突发性变化相关，而非缓慢积累的渐进式演化。语言的分叉与重组：更令人惊讶的是，这一模型同样适用于 文化系统。研究人员将该框架应用于印欧语系的语言演化史，发现语言的演化也呈现出“分叉加速”的特征。当一种语言分化为多种方言或子语言时，语法、词汇和语音都会在短期内发生显著变化，随后才进入较为稳定的独立演化阶段。这一结果让研究团队能够更准确地推算印欧语系的起源时间与地理范围。这种跨生物与文化系统的普适性表明，跳跃式分叉并非少数特例，而可能是生命与文化演化的普遍机制。
这项研究的重要性，不仅在于它揭示了新的进化模式，还在于它成功地桥接了两种长期存在分歧的学术视角。
长期以来，古生物学家更多依赖化石数据，倾向于观察到 间断平衡的迹象：漫长的稳定期被短暂的剧烈变化打断；而分子生物学家则更多关注基因和蛋白质序列的微观变化，强调 渐进式的缓慢积累。这种分歧导致两者在宏观和微观层面上形成了难以调和的争论。
如今，通过引入能够动态量化分叉“加速效应”的模型，这种矛盾被有效缓解。进化不是单一节奏的独奏，而是一种多节奏的交响：有时缓慢积累，有时骤然跃迁，彼此交织，共同塑造了生命和文化的丰富多样性。
来源：老胡科学一点号
