16、细菌生物钟的进化与适应性解析

细菌生物钟的进化与适应性解析

1. 生物钟存在的其他原因

生物钟特征得以保留可能有两个原因：
- 一是选择压力减弱，对该特征既无强烈的正向选择，也无负向选择，因此它被动地保留了下来。
- 二是该特征本身可能不再具有适应性，但在进化过程中，它与其他具有适应性的特征产生了关联。

在探讨生物钟是否具有适应性时，我们关注的是是否存在有利于其存在的选择压力。这一区分很重要，能避免我们陷入将“想当然的故事”等同于适应性证明的误区。例如，鼻子能很好地架住眼镜，但不能说鼻子是为了架眼镜而进化出来的适应性特征。对于细菌而言，虽然生物钟能在生物体内部建立时间组织，如蓝藻中固氮作用和光合作用在时间上的分离看似具有适应性，但这种分离本身并不一定意味着它就是适应性特征。

2. 细菌生物钟进化的选择性力量

为了解释细菌生物钟进化的原因，提出了多种理论，其中最著名的是Pittendrigh的“逃离光线”假说。该假说认为，生物钟可能是生物体为保护自身免受可见光和紫外线（UV）等光线伤害而进化出的机制。

光线对细胞的影响

• 可见光会影响细胞的生长速率和新陈代谢，因为细胞内许多重要分子（如细胞色素和黄素）能吸收可见光。
• 紫外线对细胞危害更大，会增加DNA的突变率，且细胞在细胞周期的特定阶段（如DNA解旋复制时）对紫外线更敏感。例如，酵母细胞在G1/S期对紫外线损伤最敏感，而在S/G2晚期最不敏感。一些真核微生物的DNA复制主要在夜间进行，这与生物钟将DNA复制限制在紫外线辐射最弱时段的功能相契合。

相关生物的实例

• 莱茵衣藻