本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定反映《大眾科學》的觀點。
對於動物而言，繼承超過通常兩份的 DNA 副本通常是非常糟糕的事情。這可能發生在兩個精子為一個卵子受精時，或者當有性細胞分裂出錯時，導致精子或卵子攜帶雙倍的核定載荷。但對於動物胚胎來說，結果通常是一樣的：死亡。
在哺乳動物和鳥類中尤其如此，其中超過兩份副本（一種稱為多倍體的狀態）會產生一種委婉地稱為“一般發育紊亂”的現象。實際上，這意味著系統崩潰，而且發生得非常迅速。在人類中，約 5% 的流產病例中發生三個或更多個完整基因組副本。
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在鳥類中僅已知兩例成功的多倍體案例，在哺乳動物中僅有一例：南美洲的 紅豚鼠（比聽起來可愛得多）。它有四個基因組副本，這使其成為四倍體。
多倍體在其他動物中稍微更常見。在昆蟲、爬行動物、兩棲動物、甲殼類動物、魚類和其他“低等”動物中，已知有數百例多倍體案例。多倍體通常可以在這些生物中誘導產生；一種名為“三倍體鱒魚”的生物正在太平洋西北地區的垂釣者中引起轟動。這種魚的三組染色體在有性細胞分裂期間無法正確配對，使其不育，但也因此使其能夠比二倍體同類長得更大，因為它們不會將能量浪費在卵子、精子和交配等無意義的事情上。您知道漁民對大魚的感覺，因此“三倍體”已經激發了必要的 史詩般的釣魚影片。
儘管多倍體在動物中並不常見，但據推測，它可能在數百萬年前的脊椎動物、輻鰭魚和鮭魚科的進化中發揮了作用（鱒魚是其中一員）。但總的來說，多倍體對於動物來說是一件冒險且通常危險的事情。
植物則不然，它們似乎對整個過程持有更為放任自流的態度。
在本週早些時候我關於突變二倍體苔蘚的文章中，我提到它可以製造具有兩個基因組副本而不是通常一個副本的功能性卵子和精子。換句話說，這種突變體的後代將是四倍體。這些植物似乎能夠產生可存活的多倍體後代這一事實表明，多倍體可能是苔蘚進化的工具，就像它對許多其他植物一樣，我所撰寫的論文的作者指出。
因為在植物中，與動物不同，多倍體是常見的、看似無害的，並且經常被自然選擇作用，作為物種形成的工具。也許植物比動物更能容忍基因組複製，因為它們天生比動物具有更靈活的身體結構，並且可以更輕鬆地應對可能伴隨而來的任何嚴重的解剖結構變化。
無論原因是什麼，植物多倍體現象都非常普遍。科學家估計，一半到三分之二的開花植物是多倍體，包括超過 99% 的蕨類植物和 80% 的禾本科植物物種——水稻、小麥、大麥、燕麥和玉米的來源。我們的大部分其他作物也是如此，包括甘蔗、土豆、紅薯、香蕉、草莓和蘋果。我們很可能為此進行了人工選擇。在植物中，基因組複製似乎經常有助於製造更多物質，如果您想食用這些物質，這很好。
儘管基因組複製可以透過我在上面針對動物提到的相同機制在植物中自行發生，但這並不是最常見的方式。它更常見於兩個密切相關物種的意外雜交之後。這通常會產生不育後代，因為不匹配的染色體在有性細胞分裂期間沒有任何東西可以配對。但是，如果偶然地，這種嵌合體複製了其基因組，則可以透過配對各種組合來恢復生育能力。同時，創造了一個四倍體生物和一個新物種。
例如，今天種植的兩種主要小麥品種是其野生禾草祖先基因組連續雜交加倍和四倍化的結果。 最初的祖先物種有 14 條染色體。今天，農民種植四倍體 28 染色體硬粒小麥和六倍體 42 染色體面包小麥。硬粒小麥製成的義大利麵更有嚼勁，而含麩質的六倍體面粉形成蛋白質網路，可以拉伸成更高、更輕的麵包。
上週，另外兩種多倍體植物引起了轟動：食肉的狸藻和神聖的蓮花。狸藻之所以備受關注，是因為發現它幾乎不含非蛋白質編碼的“垃圾”DNA，幾乎所有其他複雜生物都充斥著這種物質，包括你。
但是，這種微小的食蟲植物設法實現了這種簡約，儘管經歷了三輪基因組複製。從理論上講，相對於幾乎所有真正的或“真雙子葉植物”（一個龐大的開花植物群體）的雙複製祖先，它擁有每個基因的八個複製。這使其成為八倍體。（考慮到真雙子葉植物似乎在進化後不久將其基因組增加了三倍，它可能比這更倍體。）但實際上，由於科學家們並不完全理解的原因，狸藻以某種方式刪除了除其大多數重複基因的一個複製之外的所有複製，以及絕大多數非蛋白質編碼 DNA。現在，*這*才是效率。
神聖蓮花的完整基因序列於 5 月 10 日釋出。蓮花似乎是第一個從其餘真雙子葉植物中分離出來的植物，甚至早於我上面提到的早期基因組三倍化。但它在稍後的某個時候單獨將其自身基因組加倍。可疑的是，揭示其序列的論文作者報告稱，加倍似乎發生在約 6500 萬年前。
當然，這很值得注意，因為這正是在我們的星球被小行星撞擊，與恐龍告別——但也與大約 60% 的植物物種告別的時候。作者指出，在環境壓力時期，基因組複製的植物似乎能更好地適應和生存。人們可能會推測，這要歸功於第二組多餘的基因組為自然選擇創造具有新功能的蛋白質提供了原材料。
作者寫道，許多其他植物物種似乎在 K-T 小行星撞擊前後將其基因組加倍，這表明無論當時的情況如何，多倍體似乎都是植物的一種良好生存策略。對於動物來說，這也是一個不太可行的選擇，由於這個原因以及可能許多其他原因（例如，它們缺乏某些植物製造強化的休眠結構和進入休眠狀態的能力），它們遭受了更嚴重的損失。據認為，地球上可能有多達 80% 的動物物種在撞擊的災難性後果中滅絕。
參考文獻:
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