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想象一下你的曾祖父母、祖父母和父母並排站立的照片。你會看到相似之處，但每一代人看起來都與他們的前輩截然不同。這就是最簡單形式的進化過程：帶有修改的血統。
經過許多世代，可能會出現驚人的修改量。地球上生命的 diversity 就是這樣形成的。
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然而，長期以來，這種觀點一直被誤解為一條通往“更高”或“更好”生物的單向道路。例如，魯道夫·扎林格 (Rudolph Zallinger) 著名的 1965 年《時代-生活》插圖“通往智人的道路”展示了人類從類猿祖先到現代人的逐步進化過程。
將這種觀點擴充套件到人類之外，早期關於古代生命的古生物學理論支援正生論，或“漸進進化”的觀點，即每個譜系的每一代都朝著更復雜或更最佳化的形式發展。
但進化沒有終點線。沒有最終目標，沒有最終狀態。生物透過在特定的地質時刻起作用的自然選擇進化，或者僅僅透過在任何方向上都沒有強烈選擇的漂變進化。
在我最近與瑪卡蕾·史密斯（當時是哈佛大學的本科生研究實習生，由國家科學基金會資助）進行的一項已發表研究中，我們試圖研究植物中單向生殖進化模型是否始終成立。 與此相反，我們發現在許多型別的蕨類植物（地球上最古老的植物類群之一）中，生殖策略的進化是一條雙向道路，植物有時會“倒退”進化成不太專門化的形式。
進化之路並非線性
選擇壓力可以在瞬間發生變化，並將進化引導到意想不到的方向。
以恐龍和哺乳動物為例。在超過 1.5 億年的時間裡，恐龍對侏羅紀哺乳動物施加了強大的選擇壓力，侏羅紀哺乳動物不得不保持矮小並生活在地下，以避免被捕獵至滅絕。
然後，大約 6600 萬年前，希克蘇魯伯小行星消滅了大多數非鳥類恐龍。 突然，小型哺乳動物擺脫了強大的捕食壓力，可以生活在地面上，最終進化成更大的形態，包括人類。
1893 年，比利時古生物學家路易·多洛提出了一個觀點，即一旦生物進化到某個階段，即使它遇到與其曾經經歷過的條件完全相同的條件，它也不會以其進化的確切方式恢復到以前的狀態。 多洛定律，顧名思義，意味著專門化在很大程度上是一條單行道，生物體會積累複雜性層，使得倒退進化成為不可能。
雖然多洛定律受到了批評，並且其最初的想法已在很大程度上從大眾話語中消失，但這種觀點至今仍影響著生物學的某些方面。
植物與進步的步伐
博物館通常將動物進化描繪成通往更高階段的直線式發展，但它們並不是這種敘事的唯一來源。它也出現在植物生殖進化的教學中。
最早的維管植物（那些具有可以將水和礦物質輸送到整個植物的組織的植物）具有無葉、莖狀結構，稱為頂枝，其頂端有稱為孢子囊的囊，孢子囊產生孢子。 頂枝完成了植物的兩項重要工作：透過光合作用將陽光轉化為能量，並釋放孢子以產生新的植物。
化石記錄表明，隨著時間的推移，植物進化出了更專門化的結構，將這些生殖和光合作用功能分開。 從孢子植物石松類植物到蕨類植物再到開花植物，生殖變得越來越專門化。 事實上，花通常被圖解為植物進化的最終目標。
在整個植物界，一旦物種進化出種子、球果和花朵等生殖結構，它們就不會恢復為更簡單、未分化的形式。 這種模式支援生殖複雜性的逐步增加。 但蕨類植物是一個重要的例外。
進化，但並非總是向前
蕨類植物有多種生殖策略。 大多數物種將孢子發育和光合作用結合在單一葉片型別上——這種策略稱為單態性。 其他物種則將這些功能分開，一種葉片型別用於光合作用，另一種用於生殖——這種策略稱為二態性。
如果廣泛存在於植物中的專門化模式是普遍存在的，那麼我們預計，一旦蕨類植物譜系進化出二態性，它就無法改變方向並恢復為單態性。 然而，透過使用自然歷史收藏和用於估計蕨類植物進化的演算法，史密斯和我發現了這種模式的例外情況。
在一個被稱為鏈蕨科 (Blechnaceae)的科中，我們發現了多個案例，其中植物已經進化出高度專門化的二態性，但隨後又恢復為更一般的單態性形式。
缺乏種子賦予蕨類植物靈活性
為什麼蕨類植物可能具有如此靈活的生殖策略？ 答案在於它們所缺乏的東西：種子、花朵和果實。 這將它們與當今地球上超過 35 萬種種子植物區分開來。
想象一下，取一片可育的蕨類植物葉子，將其縮小並緊緊包裹成一個小球。 這基本上就是未受精的種子——一種高度改良的二態性蕨類植物葉子，在一個膠囊中。
種子只是生殖性狀套件中一種高度專門化的結構，每一種性狀都建立在前一種性狀之上，形成一種非常具體的形態，以至於逆轉幾乎成為不可能。 但由於活著的蕨類植物沒有種子，它們可以修改葉片上放置孢子產生結構的位置。
我們的研究結果表明，並非植物的所有生殖專門化都是不可逆轉的。 相反，這可能取決於植物隨著時間的推移獲得了多少層專門化。
在當今快速變化的世界中，瞭解哪些生物或性狀是“鎖定的”可能對於預測物種如何應對新的環境挑戰和人為棲息地變化非常重要。
沿著“單向”路徑進化的生物可能缺乏以特定方式應對新的選擇壓力的靈活性，並且必須找到新的策略來改變。 在蕨類植物等譜系中，物種可能保留其“倒退進化”的能力，即使在專門化之後也是如此。
最終，我們的研究強調了進化生物學的一個基本教訓：進化沒有“正確”的方向，沒有朝著最終目標前進。 進化路徑更像是錯綜複雜的網路，一些分支分叉，另一些分支匯合，甚至有些分支會自我回環。
本文最初發表於The Conversation。 閱讀原文。