考虑一个活细胞，它可以有数千个基因。现在，将这些基因视为可以调整的刻度盘，以改变细胞在给定环境中的生长方式。调整基因可以增加或减少生长，考虑到这些表盘是相互关联的，就像机器中的齿轮一样，这变得更加复杂。

虽然科学家现在能够在实验室条件下编辑基因并尝试产生可能导致治愈的发现，但进化已经这样做了数十亿年。进化是转动这些刻度盘的自然过程，让种群能够适应。然而，与科学家不同的是，进化随机地转动这些刻度盘，因为突变会影响基因的功能。

进化论中的一个基本假设——进化偶然假说——是这种调整可能会产生混乱的行为。或者，换句话说，在这个过程的早期进行调整可以极大地改变后来的进化潜力。

斯蒂芬·杰伊·古尔德是这一理论的著名支持者，他在1989年出版的《美好生活》一书中指出，由于有益突变是随机发生的，因此机会在进化多样化中一定发挥着重要作用。

如果这个假设成立，它将影响科学家在实验室中编辑基因的方式，因为他们将面临细胞的混乱互连。我们的工作旨在检验这一假设。

解决进化悖论

我们可以在实验室中在极其良好控制的条件下观察进化过程。我们通过在数百甚至数千天内不断增加微生物数量来做到这一点。

由于这些生物体分裂和繁殖速度如此之快，这个过程代表了数千代的生长。这些实验使我们能够准确地查明有益突变何时以及如何同时发生并竞争接管种群。

这些实验中的每一个实验都有一个惊人的观察结果，那就是随着时间的推移，适应度的增加会以令人惊讶的可重复性的速度减慢。尽管积累了不同的突变，但不同的种群在适应速度方面表现出明显可预测的收益递减。

与看似混乱的突变行为相比，适应性或生长变化是高度可预测的。这导致许多人假设这种突变顺序是生物系统进化方式的固有结果。

这一惊人的假设与有机体生物学特性对进化至关重要的观点相矛盾。换句话说，很难证明进化转动的顺序对未来有任何影响。

悖论的答案

我的团队能够证明，解决这一悖论的答案在于细胞本身相互关联的基因网络。

为了使进化发挥作用，表盘调整必须精确：即使最终结果是有益的，调整一组链接的表盘也会影响其他先前正确放置的表盘。随着进化的继续，和谐调校的表盘被破坏的可能性也在增加。这个看似简单的原理解释了为什么进化改进的速度通常会随着时间的推移而减慢。

通过实验解决这个悖论并不是一件容易的事。毕竟，如何展示细胞内表盘的纠缠呢?在我们最近的研究中，我们通过系统地尝试10个关键有益突变的每种可能组合并研究它们如何影响细胞生长来应对这一挑战。

通过测试突变的组合，我们能够可靠地了解哪些突变纠缠在一起(这种纠缠称为上位性)，并且仅对于10个突变，就必须生成超过1,000个组合。

这如何影响基因精准医学

当前的未来技术宣称能够在我们自己的基因组中产生精确的单突变，希望这可以用于修复非功能性遗传变异。例如，prime编辑是一种有效的“搜索和替换”基因组编辑技术。

这些方法的一个重要问题是它们可能同时引入不需要的突变。然而，即使科学家解决了这些问题，人类遗传学领域也常常忽视了基因互连性的重要性。

我们的研究表明，生物工程师不仅应该考虑突变对其所在基因的影响，还应该考虑突变对我们基因组中所有其他变异的影响。改变我们任何基因的功能都会影响我们相互连接的细胞网络。

更糟糕的是，我们所有人都携带数百种极为罕见的变异，这意味着我们每个人都携带独特的相互关联的基因网络。这些个性化网络造就了我们。

基因组解释是疾病基因检测的核心。虽然科学家在识别关键致病性遗传变异(那些可能导致疾病的变异)方面取得了一些进展，但我们的研究结果表明，将变异分类为致病性或良性还需要我们了解细胞中其他遗传基因的调节方式。

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