休眠的进化优势

植物或动物在面对恶劣环境时会采取什么样的应对策略？通常，它们的生存选择有两种——移居别处，或者适应环境。然而，有些生物选择了第三种策略——进入休眠状态，这种策略使它们可以在时间维度上“躲避”恶劣环境，直到条件改善为止。

休眠不仅有助于生物在不利条件下存活，还被认为能在环境波动中促进物种的共存。然而，尽管探究物种如何避免灭绝对于理解自然种群动态至关重要，但关于休眠是否以及在何种条件下能够拯救种群免于灭绝的实验研究仍然非常有限。

一项新的研究为此提供了重要的线索。科学家发现，休眠倾向可能会改变物种间的竞争平衡，从而促进更多物种在环境变化中的共存。

什么是休眠？

许多生物利用休眠作为生存策略，这种策略在生命树上的不同类群中都广泛存在。休眠的特征在于一种可逆的、代谢活动大幅减少的状态，以及对通常会杀死活跃状态生物的环境条件具有更强的抵抗能力。研究表明，当有利条件变得稀少时，生物会倾向于加大对休眠的“投资”。

例如，熊在冬天会冬眠；一些植物的种子在夏季形成，在寒冷的冬季休眠于土壤之中，待到春天再发芽。在这些例子中，生物通过休眠规避了恶劣的季节性环境，从而提高了生存机会。有些生物甚至能够进入长期的休眠状态，持续数十年、数百年，甚至数千年。例如，已知最古老的发芽植物种子是拥有2000年历史的犹太椰枣种子。而在冰河时期松鼠的洞穴中，科学家还发现了超过31,000年历史的胎盘花植物组织。

理论上，休眠可以帮助物种逃避恶劣的环境，并促进它们共存。然而，直接将休眠与物种的长期存续以及共存联系起来，却并未得到明确验证。

实验与模拟

新研究填补了这一空白。为了验证休眠与物种共存之间的联系，研究人员选择了两种小型线虫——秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans）和双桅隐杆线虫（Caenorhabditis briggsae）来进行实验。

秀丽隐杆线虫是生物学研究的一种经典模型生物，科学家对它们休眠的遗传机制已有深入了解。秀丽隐杆线虫与双桅隐杆线虫在大约2000万年前已发生分化，但它们在形态上几乎无异，并且拥有相似的生活史和生态特征。这两种线虫都分布广泛，常常在同一块腐烂的水果上共同出现。

研究人员选择了四组秀丽隐杆线虫：第一组具有较强的休眠倾向，第二组休眠倾向较弱，第三组完全无法进入休眠状态，第四组是具有中等休眠倾向的野生型线虫。随后，他们让这些秀丽隐杆线虫在三种温度（15℃、22℃、27℃）下，与双桅隐杆线虫竞争食物。

显微镜下的秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans）和双桅隐杆线虫（Caenorhabditis briggsae）。（图/Natalie Jones, CC BY）

通过分析实验数据并结合数百万次计算机模拟，研究人员发现，休眠倾向较强的物种在波动的环境条件下能够更好地避免灭绝，并且与竞争对手能在更大的温度范围内共存。

这个结果与理论预测是一致的，具有非常重要的意义。因为研究人员认为，在过去，这是一项很难被验证的预测。研究人员表示，这样的结果意味着，他们所使用的实验系统在进一步探索休眠对物种存续作用方面具有巨大的潜力。

对地球环境变化的启示

这项研究还提出了一个关键问题：拥有休眠能力的物种，是否在面对当前的剧烈环境变化时更具优势？能够避开极端热浪和干旱的生物，可能已经为这一前所未有的全球变化做好了更充分的准备。

研究人员计划在下一阶段的研究中，将探讨实验室观察到的动态是否能与现实世界中植物、动物和微生物的休眠现象相对应，进而为理解休眠如何促进生物多样性提供更多线索。

#参考来源：

https://theconversation.com/new-research-reveals-a-key-evolutionary-benefit-of-sleeping-for-a-season-or-for-centuries-243804

https://nsojournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/oik.10503?af=R

#图片来源：

封面图&首图：Natalie Jones