科學家發現，基因組減少的合成細胞可以像正常細胞一樣快速進化。儘管失去了45% 的原始基因，但該細胞在持續300 天的實驗室實驗中適應並表現出了彈性，有效地表明即使在感知到的限制下進化也會發生。

“聽著，如果進化史告訴我們一件事的話，那就是生命不會被遏制。 生活掙脫束縛。 它擴展到新的領域，並痛苦地衝破障礙，甚至可能是危險的，但是…… 生命總會找到出路。”1993 年上映的科幻電影《侏羅紀公園》中傑夫·高布倫(Jeff Goldblum) 飾演的角色伊恩·馬爾科姆(Ian Malcolm) 說道，這部影片講述了一座擁有活生生恐龍的公園的故事。

當然，在進化生物學家Jay T. Lennon 的實驗室周圍，你不會發現任何迅猛龍。然而，印第安納大學伯明頓分校藝術與科學學院生物系教授列儂和他的同事發現，生命確實找到了出路。列儂的研究小組一直在研究一種合成構建的最小細胞，該細胞已被剝奪了除必需基因之外的所有內容。研究小組發現，流線型細胞的進化速度與正常細胞一樣快，這證明了生物體的適應能力，即使是具有看似幾乎不提供靈活性的非自然基因組。

放大15000 倍的最小細胞簇的電子顯微照片。人工合成的簡化細菌——絲狀支原體，含有不到500 個基因。圖片來源：圖片由加州大學聖地亞哥分校國家成像和顯微鏡研究中心的Tom Deerinck 和Mark Ellisman 提供

列儂說：“生活中似乎有一些東西真的很強大。我們可以將其簡化為最基本的要素，但這並不能阻止進化的發揮。”

在他們的研究中，列儂的團隊使用了合成生物體- 蕈狀支原體JCVI-syn3B，一種常見於山羊和類似動物腸道中的蕈狀支原體細菌的最小化版本。幾千年來，寄生細菌在進化到依賴宿主獲取營養的過程中自然失去了許多基因。加利福尼亞州J. Craig Venter 研究所的研究人員更進一步。2016 年，他們從天然蕈狀支原體基因組中消除了901 個基因中的45%，將其減少到自主細胞生命所需的最小基因組。蕈狀支原體JCVI-syn3B 的最小基因組包含493 個基因，是已知自由生活生物體中最小的。相比之下，許多動植物基因組包含超過20000 個基因。

原則上，最簡單的生物體不會有功能冗餘，並且只擁有生命必需的最少數量的基因。這種生物體中的任何突變都可能致命地破壞一種或多種細胞功能，從而限制進化。具有精簡基因組的生物體可供正選擇作用的目標較少，從而限制了適應的機會。

Jay T. Lennon 圖片來源：印第安納大學攝影

儘管蕈狀支原體JCVI-syn3B 可以在實驗室條件下生長和分裂，但Lennon 和同事想知道最小的細胞如何隨著時間的推移對進化的力量做出反應，特別是考慮到自然選擇可以發揮作用的原材料有限，新突變的未表徵輸入。

“基因組中的每一個基因都是必不可少的，”Lennon 在談到蕈狀支原體JCVI-syn3B 時說道。“人們可以假設，突變沒有迴旋餘地，這可能會限制其進化的潛力。”研究人員確定，蕈狀支原體JCVI-syn3B 事實上具有極高的突變率。然後他們在實驗室中培育它，讓它自由進化300 天，相當於2000 個細菌世代或大約40,000 年的人類進化。

下一步是進行實驗，以確定進化了300 天的最小細胞與原始的非最小蕈狀支原體以及未進化300 天的最小細胞株相比表現如何。在比較測試中，研究人員將等量的待評估菌株放入試管中。更適合其環境的菌株成為更常見的菌株。

他們發現，這種細菌的非最小版本很容易擊敗未進化的最小版本。然而，進化了300 天的最小細菌表現得更好，有效地恢復了由於基因組精簡而失去的所有適應性。研究人員確定了進化過程中變化最大的基因。其中一些基因參與構建細胞表面，而其他一些基因的功能仍然未知。

有關這項研究的詳細信息可以在《自然》雜誌最近發表的一篇論文中找到。