科学家们创建了一个理论框架，揭示了多倍体在进化过程中的复杂角色——当生物体拥有额外的基因组副本时。研究表明，多倍体可以帮助在稳定环境中维持稳定的种群，那里的新特征需求并不关键。这种能力使这些生物体能够通过加快进化变化的速度适应艰难条件。这个重要的发现为进化工作及其对微生物学、生物技术和医学科学的潜在影响提供了新的视角。
进化是生物多样性的基础，受到各种机制的驱动，这些机制帮助生物体适应和生存。其中一种机制是多倍体，生物体拥有其遗传物质的额外副本。虽然拥有额外的遗传物质可以提供一种安全网，以防突变可能威胁生存，但它也可能通过掩盖有利突变而阻碍进化的进展。这一有趣的悖论多年来吸引了研究人员的注意。来自东京科学研究所地球-生命科学研究所（ELSI）的最新研究为多倍体的进化重要性提供了新的视角。由ELSI的特别任命副教授久保田哲宏领衔，东京市立大学的副教授大林琉斗协助，研究结合了理论模型和生物证据，以分析多倍体如何影响遗传变异和进化。结果表明，多倍体可以在不同环境中的创造性适应需求的基础上，既充当进化变化的障碍，也充当催化剂。
久保田对多倍体的兴趣源于其在攻读硕士学位时的分子生物学早期阶段，当时他对蓝藻进行了实验。在那个时候，他思考为什么这些微生物会有多个基因组副本。虽然他当时没有解决这个难题，但他在随后的15年理论物理研究中，他与大林提出了一个潜在的答案。久保田指出：“我们以我们能想象的最简单方式开发了一个理论模型，揭示了多倍体在需要逐步适应的稳定环境中减缓进化的同时，又促进了在极端条件下生存所必需的进化创新。”
研究区分了平滑的适应景观和崎岖的景观，前者是生物特征的变化是逐渐发生的，而后者则需要特征的重大变化才能生存。在平滑的适应景观中，多倍体生物由于遗传变异的减少，进化速度往往较慢，这使得有利突变难以繁盛。大林补充道：“另一方面，在崎岖的景观中，多倍体通过增强重大遗传变化的发生几率，加速了新特征的出现。”
研究人员认为，进化中的两个主要理论——费舍尔的自然选择基本定理和大野益寿的通过基因重复实现的新功能化概念——实际上是相辅相成，而不是相互冲突。根据生存所需的稀有进化调整的必要性，这些理论的每一个都是至关重要的。
促进更快进化的一个重要机制被称为“偏斜性”，它指的是遗传物质在额外基因组副本中的不均匀分布。这使得多倍体细胞能够在其一些基因组中容纳有利突变，同时维持整体适应性，使它们能够在不危及生存的情况下发展新特征。该研究首创性地利用大偏差理论，研究稀有事件，表明显著的进化转变在多倍体生物中更有可能发生，并解释了偏倚的遗传信息如何促成这些稀有变化。
这些发现的意义在于其对极端环境中微生物研究的相关性，许多微生物表现出多倍体。此外，这些见解可以阐明多倍体在适应恶劣环境方面的优势，为基因工程、工业微生物生产、药物抗性和癌症治疗提供重要考虑。这项研究结合了理论和实证方法，以增强我们对多倍体在进化中角色的理解。久保田解释道：“我们的工作阐明了多倍体如何影响进化，并为工程和医学等领域的未来应用铺平了道路。”
该研究还强调了实验验证的必要性。未来的研究将需要验证理论模型，并可能探讨其他有助于进化创新机制的研究。展望未来，研究人员强调实验方法确认研究结果的价值。久保田总结道：“这项研究将理论物理与进化生物学相连，阐明了遗传结构与适应性之间的关系，其潜在应用涵盖微生物到癌细胞。”
