科学家用博弈论解释进化论难题
查字典生物网
2013-01-16
合作行为是进化论中一个令人困惑的问题，它给种群内其他成员带来好处，但却会损害个体利益。生物学家对此迷惑不解——如果是最适者生存，那么有益于种群内所有成员的行为的基因就不该长期存在，合作行为应该灭绝。
美国麻省理工学院（MIT）科学家近日利用博弈论，解释了酵母规避这一问题的方法。研究显示，如果一个个体能够从合作行为中获取哪怕是微小的利益，那么即使周围的个体均不合作，它也能够生存下去。相关论文4月6日在线发表于《自然》。
研究人员设计了一种实验装置，让酵母进行蔗糖代谢。蔗糖并非酵母的首选食物源，但在没有葡萄糖的情况下，它也会进行蔗糖代谢。不过，它们必须分泌一种蔗糖转化酶，帮助将蔗糖分解成单糖以便吸收。
问题在于，大量分解后的单糖也可被周围的其他酵母细胞利用。在这种情况下，分泌转化酶的酵母被称作合作者，不分泌、只消耗单糖的酵母被称作欺诈者。
如果所有的单糖只是四下扩散，分泌转化酶的酵母没有优先使用权的话，那么更好的选择永远都是成为欺诈者，合作者将会灭绝。
研究实际发现，分泌转化酶的酵母对于它们制造的单糖拥有大约1%的优先使用权。这一获益超过了帮助别人所需的代价，使得它们能够成功地与欺诈者进行竞争。
此外，不论开始的酵母种群数量是多少，最后都会达到一种平衡状态，合作者和欺诈者同时存在。这类似于博弈论中的“铲雪博弈”——你和同伴开一辆车被雪堆挡住去路，每个人都可以选择下车铲雪或原位不动。一个人不铲雪，那么另一个人必须铲雪。
表面上看来，你最好的选择是待在温暖的车里，同伴去铲雪。但有时最坏的情况会发生，即你和同伴均不去铲雪，结果你们永远回不了家。因而，最好的策略是永远选择你对手策略的反面。
论文第一作者、MIT物理系的JeffGore表示，之前研究已经显示，在野生状态下，酵母携带的转化酶基因拷贝数存在不同。这种野外的遗传多样性，可能与实验室中观察到的合作者和欺诈者的长期共存相类似。
