本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点。
对于动物而言，继承超过通常两份的 DNA 副本通常是非常糟糕的事情。这可能发生在两个精子为一个卵子受精时，或者当有性细胞分裂出错时，导致精子或卵子携带双倍的核定载荷。但对于动物胚胎来说，结果通常是一样的：死亡。
在哺乳动物和鸟类中尤其如此，其中超过两份副本（一种称为多倍体的状态）会产生一种委婉地称为“一般发育紊乱”的现象。实际上，这意味着系统崩溃，而且发生得非常迅速。在人类中，约 5% 的流产病例中发生三个或更多个完整基因组副本。
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在鸟类中仅已知两例成功的多倍体案例，在哺乳动物中仅有一例：南美洲的 红豚鼠（比听起来可爱得多）。它有四个基因组副本，这使其成为四倍体。
多倍体在其他动物中稍微更常见。在昆虫、爬行动物、两栖动物、甲壳类动物、鱼类和其他“低等”动物中，已知有数百例多倍体案例。多倍体通常可以在这些生物中诱导产生；一种名为“三倍体鳟鱼”的生物正在太平洋西北地区的垂钓者中引起轰动。这种鱼的三组染色体在有性细胞分裂期间无法正确配对，使其不育，但也因此使其能够比二倍体同类长得更大，因为它们不会将能量浪费在卵子、精子和交配等无意义的事情上。您知道渔民对大鱼的感觉，因此“三倍体”已经激发了必要的 史诗般的钓鱼视频。
尽管多倍体在动物中并不常见，但据推测，它可能在数百万年前的脊椎动物、辐鳍鱼和鲑鱼科的进化中发挥了作用（鳟鱼是其中一员）。但总的来说，多倍体对于动物来说是一件冒险且通常危险的事情。
植物则不然，它们似乎对整个过程持有更为放任自流的态度。
在本周早些时候我关于突变二倍体苔藓的文章中，我提到它可以制造具有两个基因组副本而不是通常一个副本的功能性卵子和精子。换句话说，这种突变体的后代将是四倍体。这些植物似乎能够产生可存活的多倍体后代这一事实表明，多倍体可能是苔藓进化的工具，就像它对许多其他植物一样，我所撰写的论文的作者指出。
因为在植物中，与动物不同，多倍体是常见的、看似无害的，并且经常被自然选择作用，作为物种形成的工具。也许植物比动物更能容忍基因组复制，因为它们天生比动物具有更灵活的身体结构，并且可以更轻松地应对可能伴随而来的任何严重的解剖结构变化。
无论原因是什么，植物多倍体现象都非常普遍。科学家估计，一半到三分之二的开花植物是多倍体，包括超过 99% 的蕨类植物和 80% 的禾本科植物物种——水稻、小麦、大麦、燕麦和玉米的来源。我们的大部分其他作物也是如此，包括甘蔗、土豆、红薯、香蕉、草莓和苹果。我们很可能为此进行了人工选择。在植物中，基因组复制似乎经常有助于制造更多物质，如果您想食用这些物质，这很好。
尽管基因组复制可以通过我在上面针对动物提到的相同机制在植物中自行发生，但这并不是最常见的方式。它更常见于两个密切相关物种的意外杂交之后。这通常会产生不育后代，因为不匹配的染色体在有性细胞分裂期间没有任何东西可以配对。但是，如果偶然地，这种嵌合体复制了其基因组，则可以通过配对各种组合来恢复生育能力。同时，创造了一个四倍体生物和一个新物种。
例如，今天种植的两种主要小麦品种是其野生禾草祖先基因组连续杂交加倍和四倍化的结果。 最初的祖先物种有 14 条染色体。今天，农民种植四倍体 28 染色体硬粒小麦和六倍体 42 染色体面包小麦。硬粒小麦制成的意大利面更有嚼劲，而含麸质的六倍体面粉形成蛋白质网络，可以拉伸成更高、更轻的面包。
上周，另外两种多倍体植物引起了轰动：食肉的狸藻和神圣的莲花。狸藻之所以备受关注，是因为发现它几乎不含非蛋白质编码的“垃圾”DNA，几乎所有其他复杂生物都充斥着这种物质，包括你。
但是，这种微小的食虫植物设法实现了这种简约，尽管经历了三轮基因组复制。从理论上讲，相对于几乎所有真正的或“真双子叶植物”（一个庞大的开花植物群体）的双拷贝祖先，它拥有每个基因的八个拷贝。这使其成为八倍体。（考虑到真双子叶植物似乎在进化后不久将其基因组增加了三倍，它可能比这更倍体。）但实际上，由于科学家们并不完全理解的原因，狸藻以某种方式删除了除其大多数重复基因的一个拷贝之外的所有拷贝，以及绝大多数非蛋白质编码 DNA。现在，*这*才是效率。
神圣莲花的完整基因序列于 5 月 10 日发布。莲花似乎是第一个从其余真双子叶植物中分离出来的植物，甚至早于我上面提到的早期基因组三倍化。但它在稍后的某个时候单独将其自身基因组加倍。可疑的是，揭示其序列的论文作者报告称，加倍似乎发生在约 6500 万年前。
当然，这很值得注意，因为这正是在我们的星球被小行星撞击，与恐龙告别——但也与大约 60% 的植物物种告别的时候。作者指出，在环境压力时期，基因组复制的植物似乎能更好地适应和生存。人们可能会推测，这要归功于第二组多余的基因组为自然选择创造具有新功能的蛋白质提供了原材料。
作者写道，许多其他植物物种似乎在 K-T 小行星撞击前后将其基因组加倍，这表明无论当时的情况如何，多倍体似乎都是植物的一种良好生存策略。对于动物来说，这也是一个不太可行的选择，由于这个原因以及可能许多其他原因（例如，它们缺乏某些植物制造强化的休眠结构和进入休眠状态的能力），它们遭受了更严重的损失。据认为，地球上可能有多达 80% 的动物物种在撞击的灾难性后果中灭绝。
参考文献:
Otto S. & Whitton J. (2000)。多倍体的发生率和进化，《遗传学年评》，34 401-437。DOI：10.1146/annurev.genet.34.1.401
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