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想象一下你的曾祖父母、祖父母和父母并排站立的照片。你会看到相似之处，但每一代人看起来都与他们的前辈截然不同。这就是最简单形式的进化过程：带有修改的血统。
经过许多世代，可能会出现惊人的修改量。地球上生命的 diversity 就是这样形成的。
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然而，长期以来，这种观点一直被误解为一条通往“更高”或“更好”生物的单向道路。例如，鲁道夫·扎林格 (Rudolph Zallinger) 著名的 1965 年《时代-生活》插图“通往智人的道路”展示了人类从类猿祖先到现代人的逐步进化过程。
将这种观点扩展到人类之外，早期关于古代生命的古生物学理论支持正生论，或“渐进进化”的观点，即每个谱系的每一代都朝着更复杂或更优化的形式发展。
但进化没有终点线。没有最终目标，没有最终状态。生物通过在特定的地质时刻起作用的自然选择进化，或者仅仅通过在任何方向上都没有强烈选择的漂变进化。
在我最近与玛卡蕾·史密斯（当时是哈佛大学的本科生研究实习生，由国家科学基金会资助）进行的一项已发表研究中，我们试图研究植物中单向生殖进化模型是否始终成立。 与此相反，我们发现在许多类型的蕨类植物（地球上最古老的植物类群之一）中，生殖策略的进化是一条双向道路，植物有时会“倒退”进化成不太专门化的形式。
进化之路并非线性
选择压力可以在瞬间发生变化，并将进化引导到意想不到的方向。
以恐龙和哺乳动物为例。在超过 1.5 亿年的时间里，恐龙对侏罗纪哺乳动物施加了强大的选择压力，侏罗纪哺乳动物不得不保持矮小并生活在地下，以避免被捕猎至灭绝。
然后，大约 6600 万年前，希克苏鲁伯小行星消灭了大多数非鸟类恐龙。 突然，小型哺乳动物摆脱了强大的捕食压力，可以生活在地面上，最终进化成更大的形态，包括人类。
1893 年，比利时古生物学家路易·多洛提出了一个观点，即一旦生物进化到某个阶段，即使它遇到与其曾经经历过的条件完全相同的条件，它也不会以其进化的确切方式恢复到以前的状态。 多洛定律，顾名思义，意味着专门化在很大程度上是一条单行道，生物体会积累复杂性层，使得倒退进化成为不可能。
虽然多洛定律受到了批评，并且其最初的想法已在很大程度上从大众话语中消失，但这种观点至今仍影响着生物学的某些方面。
植物与进步的步伐
博物馆通常将动物进化描绘成通往更高阶段的直线式发展，但它们并不是这种叙事的唯一来源。它也出现在植物生殖进化的教学中。
最早的维管植物（那些具有可以将水和矿物质输送到整个植物的组织的植物）具有无叶、茎状结构，称为顶枝，其顶端有称为孢子囊的囊，孢子囊产生孢子。 顶枝完成了植物的两项重要工作：通过光合作用将阳光转化为能量，并释放孢子以产生新的植物。
化石记录表明，随着时间的推移，植物进化出了更专门化的结构，将这些生殖和光合作用功能分开。 从孢子植物石松类植物到蕨类植物再到开花植物，生殖变得越来越专门化。 事实上，花通常被图解为植物进化的最终目标。
在整个植物界，一旦物种进化出种子、球果和花朵等生殖结构，它们就不会恢复为更简单、未分化的形式。 这种模式支持生殖复杂性的逐步增加。 但蕨类植物是一个重要的例外。
进化，但并非总是向前
蕨类植物有多种生殖策略。 大多数物种将孢子发育和光合作用结合在单一叶片类型上——这种策略称为单态性。 其他物种则将这些功能分开，一种叶片类型用于光合作用，另一种用于生殖——这种策略称为二态性。
如果广泛存在于植物中的专门化模式是普遍存在的，那么我们预计，一旦蕨类植物谱系进化出二态性，它就无法改变方向并恢复为单态性。 然而，通过使用自然历史收藏和用于估计蕨类植物进化的算法，史密斯和我发现了这种模式的例外情况。
在一个被称为链蕨科 (Blechnaceae)的科中，我们发现了多个案例，其中植物已经进化出高度专门化的二态性，但随后又恢复为更一般的单态性形式。
缺乏种子赋予蕨类植物灵活性
为什么蕨类植物可能具有如此灵活的生殖策略？ 答案在于它们所缺乏的东西：种子、花朵和果实。 这将它们与当今地球上超过 35 万种种子植物区分开来。
想象一下，取一片可育的蕨类植物叶子，将其缩小并紧紧包裹成一个小球。 这基本上就是未受精的种子——一种高度改良的二态性蕨类植物叶子，在一个胶囊中。
种子只是生殖性状套件中一种高度专门化的结构，每一种性状都建立在前一种性状之上，形成一种非常具体的形态，以至于逆转几乎成为不可能。 但由于活着的蕨类植物没有种子，它们可以修改叶片上放置孢子产生结构的位置。
我们的研究结果表明，并非植物的所有生殖专门化都是不可逆转的。 相反，这可能取决于植物随着时间的推移获得了多少层专门化。
在当今快速变化的世界中，了解哪些生物或性状是“锁定的”可能对于预测物种如何应对新的环境挑战和人为栖息地变化非常重要。
沿着“单向”路径进化的生物可能缺乏以特定方式应对新的选择压力的灵活性，并且必须找到新的策略来改变。 在蕨类植物等谱系中，物种可能保留其“倒退进化”的能力，即使在专门化之后也是如此。
最终，我们的研究强调了进化生物学的一个基本教训：进化没有“正确”的方向，没有朝着最终目标前进。 进化路径更像是错综复杂的网络，一些分支分叉，另一些分支汇合，甚至有些分支会自我回环。
本文最初发表于The Conversation。 阅读原文。