Tre år sedan, när Harvard -biologen Jonathan Losos bosatte sig i Geological Lecture Hall för ett tal av medforskaren Richard Lenski, han lekte med tanken att skriva en bok om evolution. När föreläsningen var över, han lekte klart.

Losos, en evolutionär biolog och Monique och Philip Lehner professor för studier av Latinamerika, sa att arbetet som beskrivs av Michigan State's Lenski fyllde i en bild som delvis målades av experiment som Losos redan visste om - några som han själv hade genomfört, med ödlor från släktet Anolis, kallas vanligtvis anoler, på öar i Karibien.

Lenskis forskning uppskattade vad avlidne Harvard paleontolog Stephen Jay Gould, som skrev mycket om evolution, kan ha beskrivit som "spela om livets tejp, "Sa Losos.

"Gould hade föreslagit att om vi på något sätt kunde spela om bandet - börja utveckla om igen från samma utgångspunkt, då får vi ett helt annat resultat, "Sade Losos. Men Gould visste också att projektet han beskrev var omöjligt, strikt "ett tankeexperiment, "som Losos uttryckte det.

"Men Lenski visade att du kan spela om bandet, åtminstone i laboratoriet med hjälp av mikroorganismer, "sa han." Genom att starta 12 populationer av E. coli som ursprungligen var identiska och utsätta dem alla för samma naturliga selekteringstryck, han spelade faktiskt upp bandet, går inte tillbaka i tiden, men låter bandet spela upp sida vid sida i sina 12 experimentella replikat.

"Dessutom, Jag insåg att Lenski och de många tog samma tillvägagångssätt, inte bara i labbet. många utredare han har inspirerat, men liknande evolutionsexperiment ägde också rum i naturliga miljöer, handla den hyperkontrollerade miljön i labbet för den naturliga realismen i fältstudier. Faktiskt, Jag hade gjort några av dessa studier själv. "

I en Gazette Q&A, Losos diskuterade boken som Lenski -föreläsningen hjälpte till att sätta igång, "Osannolika öden:öde, Chans, och evolutionens framtid. "

STATSBLAD:Evolutionen du pratar om i "Improbable Destinies" är inte den långsamma evolution som beskrivs av Charles Darwin. Istället, det är tillräckligt snabbt för att vi ska kunna observera det i realtid. Hur är denna snabba utveckling möjlig?

LOSOS:Darwin var ganska anmärkningsvärd i sina insikter. Vi känner honom för hans studier om evolution genom naturligt urval, men han studerade faktiskt alla slags fenomen och hade rätt nästan hela tiden. Det visade sig, fastän, att han inte förstod rätt om utvecklingstakten. Han tyckte att evolutionen skedde extremt långsamt, i glaciär takt, så mycket att du omöjligt kunde förvänta dig att se det förutom över många, många tusen år. Vi vet nu att det inte stämmer. När det naturliga urvalet är starkt, utveckling kan ske mycket snabbt.

GAZETTE:Du pratar också mycket om konvergent utveckling, tyckte en gång en sällsynt utveckling. Vad är konvergent evolution och hur passar den in i den bredare utvecklingsbilden?

LOSOS:Konvergent utveckling är fenomenet när två arter, eller till och med populationer av samma art, oberoende utvecklas till att vara liknande. Oftast är det resultatet av att dessa arter befinner sig under liknande omständigheter och naturligt urval skulpterar samma adaptiva lösning. Detta är en idé som nämndes av Darwin i "On the Origin of Species, "och vi har känt till det sedan dess.

Men vi tyckte inte att det var vanligt. Det var rutinmässigt trott av evolutionära biologer som ett bra exempel på kraften i naturligt urval för att komma med samma svar på problem som miljön ställer. [Men] när biologer upptäckte konvergent utveckling, de skulle använda ord som "slående, "" exceptionellt, " "oväntat, "betonar att detta inte är normen. Vi vet nu att konvergent utveckling sker ganska vanligt.

En av anledningarna är att vi har använt DNA -sekvensering för att bygga evolutionära träd. Dessa träd - kallade fylogenier - indikerar att arter som vi brukade tro var nära besläktade eftersom de liknar varandra, eller anatomi, eller vad som helst, är inte. Deras likhet är inte resultatet av nyligen delade anor, som vi trodde, men av konvergent utveckling.

Ett exempel från boken är en havsorm i haven runt Australien, Indien, och någon annanstans i Asien. Forskare trodde att det var en art, med en anmärkningsvärt bred geografisk spridning. När forskare äntligen sekvenserade dess DNA fann de att populationer på olika platser inte var nära besläktade med varandra. Istället, var och en var närmare släkt med andra ormarter i sitt eget område och så var deras otroligt nära likhet med andra havsormar resultatet av konvergens.

GAZETTE:Att prata om evolution som är snabb och konvergerande leder till ditt eget arbete. Berätta om ödlorna i Karibien, och vad dina studier hittade.

LOSOS:För min doktorsexamen, många år sedan, Jag studerade Anolis ödlor. Många människor skulle känna till dem eftersom de är mycket vanliga i Florida, någon annanstans i sydöstra USA, och på öarna i Karibien. De har en hudflik under halsen som hanarna sticker ut när de uppvaktar kvinnor eller slåss med andra män. Det finns 400 olika arter i denna grupp spridda över tropikerna i den nya världen, så de är en stor evolutionär framgångssaga.

En aspekt som jag har fokuserat mycket på i min karriär är att ödlorna på var och en av de stora öarna i Karibien - Kuba, Puerto Rico, Hispaniola, och Jamaica - har för det mesta utvecklats oberoende. Och, från en eller några få förfäder de har diversifierats till många ättlingar. Men evolutionen har tagit en mycket liknande kurs.

På Puerto Rico, om du gick in i regnskogen och satt tyst, efter några minuter skulle ödlorna glömma att du var där och du skulle se att det finns arter som lever i olika delar av skogen och att dessa arter har olika anatomiska egenskaper. Till exempel, arter nära marken har mycket långa ben att springa och hoppa på marken. En art högt i baldakinen är grön för kamouflage och har stortåskydd att hänga på. En annan art lever på kvistar och har mycket korta ben att manövrera försiktigt på oregelbundna ytor. Så dessa arter har diversifierats för att anpassa sig till de olika delarna av livsmiljön som de använder.

Det som är anmärkningsvärt är att när du går till andra öar, du ser samma habitatspecialister. Så, till exempel, var och en av öarna har en kvist anole - en långsträckt art med korta ben, mycket kamouflerad - och arterna på de olika öarna ser tillräckligt ut för att du skulle kunna säga att de förmodligen är samma art. Men det är de inte. De har självständigt utvecklat dessa egenskaper. Och varje ö har alla typer av habitatspecialister.

Det är ett bra exempel på konvergens, men på steroider, om du vill. Inte bara konvergens av en typ, men av en hel ensemble av arter anpassade till olika delar av deras liknande miljöer.

GAZETTE:Och du använde den här insikten senare i din karriär för att faktiskt utveckla evolutionen och se hur den hände?

LOSOS:Dessa ödlor, Jag borde påpeka, har utvecklats under miljontals år. Men de föreslår att man använder olika delar av livsmiljön - breda trädstammar, lämnar upp i taket, smala ytor - har valt att utveckla olika anatomiska egenskaper. Och det tyder på att ett idealiskt experiment skulle vara att utsätta en ödla för nya förhållanden, en ny livsmiljö, och vi skulle ha tydliga förutsägelser om hur de skulle anpassa sig till den livsmiljön.

Så det var precis vad vi gjorde. Jobbar på Bahamas, vi kunde ta en art som lever på breda trädstammar nära marken och flytta den till små små öar där det inte fanns några stora träd, det fanns bara skrämmande små buskar. Så de fick använda smala små ytor att sitta på. Vår förutsägelse var mycket tydlig från våra studier på den stora ön - att de skulle anpassa sig genom att utveckla kortare ben. Och det var precis vad de gjorde och under en relativt kort tid.

STATSBLAD:Det som kommer igenom i boken är en verklig entusiasm och spänning för arbetet. Möjligheten att faktiskt studera evolution och utföra experiment på den i realtid verkar ha drivit fältet. Hur är det att kunna studera dessa grundläggande frågor?

LOSOS:Det är spektakulärt. Evolutionär biologi, under det första århundradet av dess existens, betraktades som en icke-experimentell vetenskap, en med mer likhet med historia än laboratorievetenskap. Tanken var:Du kan inte gå tillbaka i tiden och se vad som hände, så du måste bara försöka ta reda på det.

Men förmågan att göra experiment förändrar allt detta. Vi kan nu inte bara formulera hypoteser, men testa dem också med hjälp av vetenskapens guldstandard:manipulativa experiment. Människor har gjort laboratorieexperiment i decennier, men att göra experiment ute på fältet, under naturliga förhållanden, är något som verkligen tar fart just nu. Det låter oss formulera idéer om hur evolutionen har fungerat utifrån våra observationer av mångfald idag och tidigare, och sedan för att undersöka dessa hypoteser med mekanistiska studier, experimentellt testa hur evolution sker som svar på förmodade selektiva medel.

GAZETTE:Din bok talar mycket om konvergent evolution och förutsägbarhet av evolution under vissa omständigheter, men du gör också ett tankeexperiment om huruvida människor - eller något mänskligt - skulle ha utvecklats om däggdjur inte fanns i närheten. Och i det här fallet, trots gott bevis på konvergens, det verkar som du säger att slumpmässigheten inte har försvunnit, och om du börjar på väldigt olika utgångspunkter, du hamnar på väldigt olika slutpunkter, även under liknande naturliga urvalstryck.

LOSOS:En av de stora frågorna som överskrider evolutionär biologi är:Hur avsett var världen att vara som den är idag? Om händelserna hade skett annorlunda tidigare skulle världen vara väldigt annorlunda?

Historiker frågar detta hela tiden. Tänk om Churchill hade blivit överkörd av en bil i New York 1931, som nästan hände? Tänk om Kennedy inte hade blivit mördad? Hur annorlunda skulle världen vara idag? Och evolutionära biologer ställer samma fråga. Om du tittar på växter och djur i världen omkring oss, är de det oundvikliga resultatet av evolutionära processer för naturligt urval, eller bara resultatet av de speciella händelserna i jordens historia som skickade evolutionen på en väg och inte en annan?

Denna debatt katalyserades av Gould, som skrev en bok 1989 med titeln "Wonderful Life:The Burgess Shale and the Nature of History". I det, Gould hävdade att evolutionen inte var avsedd att ge särskilda resultat. Han sa att om vi på något sätt kunde gå tillbaka i tiden och börja om från samma utgångspunkt, utfallet skulle skilja sig varje gång. Varje form av mindre förändring som kan verka obetydlig vid den tiden kan leda till att en individ överlever och inte en annan, få en mutation att bli vanlig och inte en annan, och utvecklingen skulle gå en helt annan väg. Spela om bandet en miljon gånger, han sa, och något som människor skulle aldrig utvecklas igen.

Detta var en mycket inflytelserik synvinkel men det var baserat på inga data. Det var ingen som gjorde sådana här experiment. Dock, idén upphetsade verkligen många människor, så det har varit mycket uppmärksamhet på frågan under de senaste 30 åren. Och anledningen till att jag skrev boken är att jag insåg att vi har mycket empirisk data som nu behandlar frågan om hur repeterbar, eller hur förutsägbart, evolution är.

En forskarskola som har uppstått har fokuserat på fenomenet konvergent evolution, av samma evolutionära resultat som inträffar flera gånger. Ett antal människor hävdar att konvergent evolution visar att Gould hade fel. Miljön ställer liknande frågor till arter som lever på många olika platser och det finns optimala lösningar som naturligt urval hittar. Som ett resultat, du kan förutsäga, nästan, vilken typ av resultat du skulle få under en viss evolutionär omständighet, och den lösningen utvecklas gång på gång. I motsats till vad Gould hävdade, dessa andra forskare hävdade att särskilda resultat är oundvikliga. Och det är hur konvergent evolution har använts av vissa forskare för att bestrida idén om slumpen, eller flummigheten, av evolution.

GAZETTE:Och din egen slutsats är någonstans i mitten, höger?

LOSOS:Ja, och anledningen är att dessa forskare har helt rätt i att konvergent utveckling är mycket vanligare än vi brukade uppskatta. Det visar kraften i naturligt urval och det finns några resultat som uppstår upprepade gånger. Så det finns sanning i det.

Men argumentet kommer i grunden ner på en lång lista med exempel på konvergent utveckling och du kan göra en liknande lång lista med exempel på misslyckande med att konvergera, av arter utsökt anpassade till sin miljö men utan parallell någon annanstans i världen.

Mitt favoritexempel är ank-näbben näbbdjur. Här är en art som kommer in för alla slags hån som en komisk, löjligt djur, men det är verkligen inte rättvist. De är faktiskt extremt väl anpassade till den miljö där de förekommer, strömmarna i Australien. De har en uppsättning funktioner - frodig päls, simfötter, kraftfull svans-som gör dem mycket välanpassade.

Den viktigaste funktionen de har är deras faktura, som ser ut som en andas räkning, men som skiljer sig mycket från en and. Den är täckt med sensorer som upptäcker både taktil information - den lilla krusningen av vatten när en fisk simmar förbi - och de elektriska urladdningar som alla djur avger när de rör sig. Med hjälp av dessa två sinnen, de kan hitta maten under vattnet trots att deras ögon är stängda och öronen och näsorna är stängda. Så, de är faktiskt anmärkningsvärt väl anpassade till strömmarna där de bor. Men de strömmarna är inget speciellt. Vi har liknande strömmar över hela världen, och ändå finns det ingen anka-näbbdjur i någon av dem. Det utvecklades en gång i Australien, utan en parallell.

Det finns många exempel på detta - elefanter, kiwi, giraffer. Dessa är arter mycket väl anpassade till var de bor, miljöer som finns över hela världen, och ändå finns det ingen konvergent utveckling.

Du kan göra en mycket lång lista med exempel på icke -konvergens. Debatten har hittills varit människor som hävdar att konvergens är vanligare eller icke -konvergens är vanligare. Och den debatten har blivit ganska gammal, eftersom, faktiskt, de är båda ganska vanliga. Det spelar egentligen ingen roll vems lista är längre. Den verkliga frågan vi nu har är:Vilka omständigheter får vissa arter att utvecklas konvergerande, utveckla konvergerande lösningar, och i vilka fall följer de olika evolutionära kurser, hitta olika anpassningar till samma urvalstryck? Och det är den typen av arbete som pågår på många ställen runt om i världen, inklusive några laboratorier här på Harvard.

Denna berättelse publiceras med tillstånd av Harvard Gazette, Harvarduniversitetets officiella tidning. För ytterligare universitetsnyheter, besök Harvard.edu.