“究竟是我們工具的局限性， 還是我們忽略了什麼？如果我們能弄清楚這個過程， 將大大加深我們對進化的瞭解。 ”
上世紀50年代， 芬蘭生物學家比約恩·庫爾滕（Björn Kurtén）發現， 在他研究的馬化石中， 有一種異乎尋常的現象。 當他對比只相隔了幾代的馬骨形狀時， 發現了很多細微但重要的變化。 而相隔數百萬年的馬骨， 表現出來的形態差異卻要少得多。 隨後半個世紀的研究發現了類似的現象：當科學家用更短的時間跨度來對化石進行觀察比對時， 發現生物的進化速度似乎比過去所認為的更快。
2005年前後， 悉尼大學進化生物學家西蒙·何（Simon Ho）在他研究的基因組中， 發現了類似的現象。 他在計算鳥類和靈長類動物的DNA突變在數千年內的積累速度時發現， 基因組充斥著細微的突變。 這說明， “進化鐘”在快速轉動。 但當他著眼於更長的歷史跨度， 對相隔數百萬年的DNA序列進行比較時，
這使西蒙十分困惑， 於是， 他試圖找出背後的原因。 他偶然得知了庫爾滕在1959年的研究， 他意識到， 生物形態變化速率的那種差異在基因序列中同樣存在。
作為進化生物學家， 直覺告訴他， 他發現的短期突變速率是正確的。 基因組只在少數幾個地方有所不同， 但每個突變就像是在白色牆壁上潑一片油漆那麼明顯。
而如果牆上出現更多的油漆， 新潑的油漆會逐漸遮蓋原來的牆壁顏色。 類似的道理， 進化和自然選擇也會覆蓋掉原先在短期內曾經出現的突變。 在數百萬年的時間裡， DNA中的一個A可能變成T， 但在這個過程中， 它可能變成過C， 也變成過G。 西蒙認為， 這種突變飽和是進化速率隨時間改變（他稱之為時間相關速率現象）的主要原因。
悉尼大學進化生物學家西蒙·何發現， 進化速度並非一成不變。
“這好比股市。 ”他說。 看看標普500指數在一天或者一小時之內的波動， 它顯得非常不穩定， 起伏劇烈。 但在更長的時間段內，
對生物學家來說， 在基因組中發現時間相關速率現象， 具有重大意義。 這意味著， 在解讀生命進化過程時——從幾十億年前真核細胞和原核生物的首次分裂， 到2014年埃博拉病毒的再次出現——生物學家用來作為標記的許多時間點， 可能都是錯的。 “當這一發現公佈時， 所有人都驚呆了。 ”澳大利亞國立大學進化生物學家羅布·蘭菲爾（Rob Lanfear）說。
一開始， 時間相關速率現象並沒有被完全認可。 首先， 這是一個意義重大的概念， 生物學家需要時間來思考。 但更大的阻礙在於， 這一概念幾乎不可能得到應用。
近日， 牛津大學古生物病毒學家阿裡斯·卡祖拉奇斯（Aris Katzourakis）將時間相關速率現象運用到了病毒進化的研究中。 他不僅把某種逆轉錄病毒的起源時間回溯至大約5億年前（遠早於動物首次從海洋登上陸地的時間）， 而且還建立了一個數學模型， 用來分析時間相關速率現象， 從而讓生物學家可以更加準確地估計進化事件的發生時間。
美好的前景令其他科學家激動不已。 “這就像愛因斯坦的相對論， 只不過是在病毒領域。 ”墨爾本大學計算進化生物學家塞巴斯蒂安·杜赫（Sebastián Duchêne）說。根據時間相關速率現象，生物的進化速度取決於觀察者所著眼的時間範圍。就像有了相對論一樣，現在，生物學家知道該如何調整他們對進化時間點的估計了。
尋找病毒化石卡祖拉奇斯的主要工作是確定愛滋病病毒（HIV）和其他逆轉錄病毒的起源。逆轉錄病毒由單鏈核糖核酸（RNA）組成。
他在研究HIV的突變速率時發現，它是進化速度最快的已知病毒之一。其快速突變是有原因的：像DNA這樣的雙鏈分子擁有分子校對機制，常常可以糾正複製過程中產生的錯誤，但HIV和其他單鏈RNA病毒卻沒有。錯誤只會導致錯上加錯。
因此，病毒學家只能直接研究這類病毒的近期歷史。時間更久遠的樣本已經達到突變飽和，積累的錯誤太多，科學家無法一一解釋清楚。將逆轉錄病毒的歷史往前推幾千年或幾百萬年，這需要一種不同的方法來計算突變速率。
卡祖拉奇斯採用了另一種方法。他在宿主的DNA內尋找類似於病毒化石的東西。逆轉錄病毒常常把它們的基因副本插入宿主的細胞。大多數時候，DNA上的資訊會隨著宿主的死亡而消失。不過，偶爾會有一個逆轉錄病毒在進化的道路上運氣爆棚，溜進精子或卵細胞的基因組。在宿主的DNA中安全定居後，那個病毒就會一代一代傳下去。
卡祖拉奇斯就是利用這些病毒殘骸來研究逆轉錄病毒的古老起源。在此過程中，他有了一個意外的發現：逆轉錄病毒的長期進化速率似乎大幅放緩，幾乎與人類和其他複雜生物體相當。複雜生物體擁有校對機制，其進化速率理應比逆轉錄病毒慢得多。
如果病毒的進化速度比科學家料想的要慢得多，這可能意味著，這些病毒比科學家預計的要古老得多。畢竟，與進化較快的病毒相比，進化較慢的病毒需要更長時間才能達到同樣的進化程度。
於是，他開始尋找逆轉錄病毒的準確起源時間。他研究了一類最古老的逆轉錄病毒，也就是泡沫病毒，猴子、牛等許多種動物都會感染這種病毒。通過這種方式，卡祖拉奇斯可以校準“進化鐘”，以確定泡沫病毒出現的確切時間。如果兩個物種擁有相同的泡沫病毒基因序列，那麼在這兩個物種分化之前，泡沫病毒肯定已感染了它們共同的祖先。
“如此一來，我們就可以得知遠古進化事件的發生時間，而這種方法不依賴于基因序列本身。”卡祖拉奇斯說。
牛津大學古生物病毒學家阿裡斯·卡祖拉奇斯把一類病毒的起源時間推回到了約5億年前，遠早於動物首次從海洋遷徙至陸地的時間。
此前，研究人員已逐漸把泡沫病毒的起源時間回溯至1億年前。但卡祖拉奇斯發現，有跡象顯示，泡沫病毒感染爬行動物、兩棲動物甚至魚類的歷史遠遠超過1億年。但1億年這個時間已被廣泛認可，想要證明逆轉錄病毒的歷史不止1億年，卡祖拉奇斯必須確定泡沫病毒的起源時間才行。
他查閱了西蒙關於時間相關速率現象的論文，想知道如何將它應用到病毒研究中。他還想建立一個通用模型，讓研究人員輸入他們觀察的時間範圍，便可得到生物進化速率的相關細節。
為了確定進化速率如何隨不同的時間範圍而改變，卡祖拉奇斯和他的學生帕坤·埃尤薩昆（Pakorn Aiewsakun）嘗試了四種不同的方法。他們發現，一個冪律衰減模型最符合他們的資料。該模型顯示，進化速率隨著時間範圍擴大而以指數方式減小。隨後一項對396種病毒的研究顯示，幾乎所有基因組類型和複寫原則的進化速率都以相同的速度放緩。現有的“進化鐘”沒有考慮到時間相關速率現象，因而對古病毒的起源時間判斷有誤，實際上，它們的歷史要古老得多。
然後，卡祖拉奇斯和埃尤薩昆利用新建的數學模型，重新計算泡沫病毒的起源時間。他們發現，泡沫病毒出現於4.6億至5.5億年前。亞利桑那大學病毒學家邁克爾·沃洛貝（Michael Worobey）進行的獨立研究也顯示，這些病毒的起源時間比預想的要早。他們的研究使泡沫病毒成為了所有已知病毒類型中最古老的一種，不過卡祖拉奇斯認為，可能還有比它更古老的病毒。
上述發現的意義遠遠不只是找到了最古老的病毒那麼簡單。關於泡沫病毒的起源時間，兩組科學家得出了相同的結論，這表明，時間相關速率現象不只是統計學的遺珠，也不只是研究人員用來確定物種起源時間的方法。除了這些，卡祖拉奇斯的模型還為研究人員提供了一種工具，以此來確定時間相關速率現象所產生的影響，而這反過來又能幫助我們瞭解造成這種現象的原因。
從更廣泛的意義上來說，卡祖拉奇斯和西蒙的研究對進化速率保持不變的觀點提出了挑戰。“這改變了我們對分子進化的認知方式。”杜赫說，“它表明，進化速率並非一成不變。即便是同樣的生物，進化速率也會隨時間而改變。”
卡祖拉奇斯說，這還意味著，科學家可能需要重新確定遠古進化事件的發生時間，因為他們可能低估了這些事件的“年齡”。卡祖拉奇斯還想知道，自然選擇和突變飽和所導致的某些突變被刪除，這是否是造成時間相關速率現象的唯一原因，抑或是，有其他因素在這種現象中發揮了作用。
“究竟是我們工具的局限性，還是我們忽略了什麼？如果我們能弄清楚這個過程，將大大加深我們對進化的瞭解。”卡祖拉奇斯說。
翻譯：於波
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”墨爾本大學計算進化生物學家塞巴斯蒂安·杜赫（Sebastián Duchêne）說。根據時間相關速率現象，生物的進化速度取決於觀察者所著眼的時間範圍。就像有了相對論一樣，現在，生物學家知道該如何調整他們對進化時間點的估計了。尋找病毒化石卡祖拉奇斯的主要工作是確定愛滋病病毒（HIV）和其他逆轉錄病毒的起源。逆轉錄病毒由單鏈核糖核酸（RNA）組成。
他在研究HIV的突變速率時發現，它是進化速度最快的已知病毒之一。其快速突變是有原因的：像DNA這樣的雙鏈分子擁有分子校對機制，常常可以糾正複製過程中產生的錯誤，但HIV和其他單鏈RNA病毒卻沒有。錯誤只會導致錯上加錯。
因此，病毒學家只能直接研究這類病毒的近期歷史。時間更久遠的樣本已經達到突變飽和，積累的錯誤太多，科學家無法一一解釋清楚。將逆轉錄病毒的歷史往前推幾千年或幾百萬年，這需要一種不同的方法來計算突變速率。
卡祖拉奇斯採用了另一種方法。他在宿主的DNA內尋找類似於病毒化石的東西。逆轉錄病毒常常把它們的基因副本插入宿主的細胞。大多數時候，DNA上的資訊會隨著宿主的死亡而消失。不過，偶爾會有一個逆轉錄病毒在進化的道路上運氣爆棚，溜進精子或卵細胞的基因組。在宿主的DNA中安全定居後，那個病毒就會一代一代傳下去。
卡祖拉奇斯就是利用這些病毒殘骸來研究逆轉錄病毒的古老起源。在此過程中，他有了一個意外的發現：逆轉錄病毒的長期進化速率似乎大幅放緩，幾乎與人類和其他複雜生物體相當。複雜生物體擁有校對機制，其進化速率理應比逆轉錄病毒慢得多。
如果病毒的進化速度比科學家料想的要慢得多，這可能意味著，這些病毒比科學家預計的要古老得多。畢竟，與進化較快的病毒相比，進化較慢的病毒需要更長時間才能達到同樣的進化程度。
於是，他開始尋找逆轉錄病毒的準確起源時間。他研究了一類最古老的逆轉錄病毒，也就是泡沫病毒，猴子、牛等許多種動物都會感染這種病毒。通過這種方式，卡祖拉奇斯可以校準“進化鐘”，以確定泡沫病毒出現的確切時間。如果兩個物種擁有相同的泡沫病毒基因序列，那麼在這兩個物種分化之前，泡沫病毒肯定已感染了它們共同的祖先。
“如此一來，我們就可以得知遠古進化事件的發生時間，而這種方法不依賴于基因序列本身。”卡祖拉奇斯說。
牛津大學古生物病毒學家阿裡斯·卡祖拉奇斯把一類病毒的起源時間推回到了約5億年前，遠早於動物首次從海洋遷徙至陸地的時間。
此前，研究人員已逐漸把泡沫病毒的起源時間回溯至1億年前。但卡祖拉奇斯發現，有跡象顯示，泡沫病毒感染爬行動物、兩棲動物甚至魚類的歷史遠遠超過1億年。但1億年這個時間已被廣泛認可，想要證明逆轉錄病毒的歷史不止1億年，卡祖拉奇斯必須確定泡沫病毒的起源時間才行。
他查閱了西蒙關於時間相關速率現象的論文，想知道如何將它應用到病毒研究中。他還想建立一個通用模型，讓研究人員輸入他們觀察的時間範圍，便可得到生物進化速率的相關細節。
為了確定進化速率如何隨不同的時間範圍而改變，卡祖拉奇斯和他的學生帕坤·埃尤薩昆（Pakorn Aiewsakun）嘗試了四種不同的方法。他們發現，一個冪律衰減模型最符合他們的資料。該模型顯示，進化速率隨著時間範圍擴大而以指數方式減小。隨後一項對396種病毒的研究顯示，幾乎所有基因組類型和複寫原則的進化速率都以相同的速度放緩。現有的“進化鐘”沒有考慮到時間相關速率現象，因而對古病毒的起源時間判斷有誤，實際上，它們的歷史要古老得多。
然後，卡祖拉奇斯和埃尤薩昆利用新建的數學模型，重新計算泡沫病毒的起源時間。他們發現，泡沫病毒出現於4.6億至5.5億年前。亞利桑那大學病毒學家邁克爾·沃洛貝（Michael Worobey）進行的獨立研究也顯示，這些病毒的起源時間比預想的要早。他們的研究使泡沫病毒成為了所有已知病毒類型中最古老的一種，不過卡祖拉奇斯認為，可能還有比它更古老的病毒。
上述發現的意義遠遠不只是找到了最古老的病毒那麼簡單。關於泡沫病毒的起源時間，兩組科學家得出了相同的結論，這表明，時間相關速率現象不只是統計學的遺珠，也不只是研究人員用來確定物種起源時間的方法。除了這些，卡祖拉奇斯的模型還為研究人員提供了一種工具，以此來確定時間相關速率現象所產生的影響，而這反過來又能幫助我們瞭解造成這種現象的原因。
從更廣泛的意義上來說，卡祖拉奇斯和西蒙的研究對進化速率保持不變的觀點提出了挑戰。“這改變了我們對分子進化的認知方式。”杜赫說，“它表明，進化速率並非一成不變。即便是同樣的生物，進化速率也會隨時間而改變。”
卡祖拉奇斯說，這還意味著，科學家可能需要重新確定遠古進化事件的發生時間，因為他們可能低估了這些事件的“年齡”。卡祖拉奇斯還想知道，自然選擇和突變飽和所導致的某些突變被刪除，這是否是造成時間相關速率現象的唯一原因，抑或是，有其他因素在這種現象中發揮了作用。
“究竟是我們工具的局限性，還是我們忽略了什麼？如果我們能弄清楚這個過程，將大大加深我們對進化的瞭解。”卡祖拉奇斯說。
翻譯：於波
造就：劇院式的線下演講平臺，發現最有創造力的思想