这篇发表于《Journal of Molecular Evolution》期刊2021年的文章《Constructive neutral evolution 20 years later》是一篇“观点与综述”类型的论文，而非单一原创性研究报告。它由Sergio A. Muñoz‑Gómez、Gaurav Bilolikar、Jeremy G. Wideman以及Kerry Geiler‑Samerotte（共同资深作者）合作撰写，他们均来自美国亚利桑那州立大学生命科学学院及进化机制研究中心。文章旨在回顾、阐释并推广一个名为“建构性中性进化”的理论框架，探讨其在解释生物复杂性起源方面的重要性与应用。
论文的核心主题是：挑战“复杂性必然源于自然选择带来的适应性优势”这一传统观念，系统阐述“建构性中性进化”（Constructive Neutral Evolution， CNE）理论如何通过一系列非适应性的、中性的步骤，来解释生物复杂性的起源与增加。
文章的主要论点及其论证结构如下：
一、 建构性中性进化（CNE）理论的基本框架与核心概念
文章开篇即指出，生物界中存在着大量看似“过度复杂”且功能上并未优于其简单同源物的特征，例如纤毛虫中需要“解拼图”的基因、动质体中需要大量RNA编辑的线粒体基因等。这些现象难以用传统的适应性进化叙事完美解释。为此，文章引出了由Arlin Stoltzfus于1999年正式提出并命名的CNE理论。
CNE的核心在于描述复杂性如何以“中性”方式（即不依赖正选择）产生或增加。这里的“中性”借鉴了群体遗传学中“有效中性”的概念，指那些无论有利或不利，只要选择压力足够微弱，就能通过随机遗传漂变在种群中扩散的性状。CNE过程依赖五个关键概念的串联作用： 1. 过剩能力（Excess Capacity）：指生物系统中未被选择或具有未受选择副作用的成分或特性，其移除不会造成危害。例如，基因复制后产生的一个冗余拷贝，或者一种能与非特异性底物发生相互作用的酶。 2. 上位效应（Epistasis）：指突变的表现型效应依赖于其他突变或基因存在的背景。在CNE中，过剩能力的存在会引发一种特殊的上位效应——它使得某些原本有害的突变变得中性。例如，有了多余的基因拷贝，其中一个拷贝发生功能丧失突变可能不再有害。 3. 随机遗传漂变（Random Genetic Drift）：在有效种群规模较小的物种中，随机漂变的力量可以压倒自然选择，使得那些被过剩能力“缓冲”而变得中性甚至略微有害的突变在种群中固定下来。 4. 有偏变异（Biased Variation）：某些类型的突变（如导致功能丧失的突变、小片段缺失）在系统内发生的概率天然高于其他类型。这种系统性偏差为CNE过程提供了方向性。例如，基因复制后，拷贝发生功能丧失突变的概率高于获得新功能的概率。 5. 纯化选择（Purifying Selection）：在CNE建立的（相互）依赖性变得必不可少后，纯化选择会防止破坏这种复杂结构的突变，从而“锁定”已增加的复杂性，使其难以逆转。
整个过程被形象地描述为一个“棘轮”机制：过剩能力为中性变化提供了机会；有偏变异在漂变作用下固定，建立起新的依赖关系；纯化选择则防止倒退，使得复杂性一旦增加便倾向于维持。整个过程无需任何步骤带来适应度优势。
二、 CNE叙事与传统适应性叙事的根本区别
文章通过对比三种主要的进化叙事，清晰阐明了CNE的独特性： * 传统渐进适应叙事（图2a）：认为复杂性是逐步积累的，每一步都因带来适应性优势而被正选择所驱动。这是达尔文式解释的典型代表。 * “后压制”或“纠错”叙事（图2b）：先出现有害突变导致适应度下降，随后产生正选择压力，驱动更复杂的“纠错机制”进化以恢复功能。此叙事包含一个适应度显著下降又恢复的阶段。 * CNE（“前压制”）叙事（图2c）：顺序恰好相反。首先是预先存在的“过剩能力”提供了缓冲（前压制），使得随后可能发生的有害突变变得中性，并通过漂变固定。整个过程没有适应度严重下降的阶段，也无需正选择介入。
这种“前压制”与“后压制”的顺序差异，是区分CNE解释与许多适应性解释的关键。文章强调，CNE叙事特别适合解释那些复杂性增加但并未改变高阶表型（即最终功能输出）的特征。
三、 CNE理论广泛的解释范围与实例
文章列举了大量可能通过CNE进化而来的复杂特征，展示了该理论的强大解释潜力。这些例子不仅限于Stoltzfus最初提出的基因复制后亚功能化、剪接体起源、动质体RNA编辑、纤毛虫基因混乱等经典案例，还扩展到更广泛的领域： * 分子机器：核糖体、复制体、线粒体呼吸复合体、蛋白质折叠与输入机器等。文章指出，这些古老复合物在不同谱系间的结构差异（如亚基数量和大小）可能远大于功能差异，这暗示了中性过程在塑造其结构多样性中的作用。 * 基因组特征：真核生物基因组中非编码DNA的扩张、内含子的增殖、转座元件的扩散等。例如，剪接体的出现可能为内含子的大量插入提供了“过剩能力”。 * 更高组织层次：基因调控网络的拓扑结构与连接度变化、真核细胞的复杂化、微生物群落中的劳动分工等。这表明CNE的原理可能适用于分子水平以上的生物组织层次。
文章通过一个表格（表1）系统梳理了部分复杂特征，并对应列出了其可能的过剩能力、有偏变异类型、所形成的依赖关系以及相关参考文献，为读者提供了清晰的概览。
四、 如何鉴别可能通过CNE进化而来的特征
文章不仅提出理论，还探讨了验证CNE假说的策略，主要分为间接和直接两种途径： * 间接比较法：在系统发育框架下，比较一个复杂特征与其在姊妹谱系中更简单的同源物。如果复杂版本与简单版本在最终功能输出（高阶表型）上没有差异，则其复杂化可能并非适应性驱动，而符合CNE的特征。这种方法更适用于进化历史较近、谱系分布有限的性状。 * 直接实验法（“金标准”）：通过祖先序列重建等技术，在实验室中复活并测试复杂特征祖先版本或中间版本的功能。文章举例说明了该方法的应用：对真菌液泡ATP酶祖先状态的研究支持其亚基增加可能为中性的；而对脊椎动物血红蛋白四聚化历史的重建则表明，其最后一步可能伴随新功能的出现（协同性），从而涉及正选择。这种方法能更直接地推断进化轨迹中是否存在适应性收益。
五、 CNE理论的意义、面临的挑战与未来方向
文章在最后总结了CNE理论的重要意义：它提供了一个至关重要的中性进化框架，丰富了我们对复杂性起源的理解，促使我们构建更全面、更准确的进化叙事。它提醒研究者，并非所有的复杂性都需要用适应性优势来解释，随机漂变和中性过程同样可以塑造生命的复杂面貌。
同时，文章也指出了CNE理论面临的一些开放性问题和未来方向： * 概念深化：例如，“过剩能力”本身是否有成本？其“压制”能力是否存在极限？ * 理论量化：目前CNE主要是一个定性、描述性的理论。未来需要发展定量的数学模型，以提高其可预测性和可检验性。 * 证据积累：文中列举的许多例子仍带有推测性质，需要更多的比较数据、功能分析，尤其是直接的实验证据来支持或修正CNE叙事。
总结而言，这篇综述性论文成功地对一个诞生已二十余年但仍未得到足够重视的进化生物学理论——建构性中性进化（CNE）——进行了系统性的回顾、梳理和推广。它清晰阐述了CNE的核心机制、与传统叙事的关键区别、广泛的解释范围以及实证检验的策略。文章的价值在于，它强力呼吁进化生物学家在解释复杂性时，将中性过程置于与适应性过程同等重要的地位，从而构建更均衡、更完整的进化图景。对于中文读者，尤其是分子进化、系统发育学和进化发育生物学领域的研究者与学生而言，本文是理解“非适应性复杂化”这一重要进化议题的绝佳入门与深化读物。