如果行骗者获得的收益高于合作者,那么自然选择是如何演化出合作的呢?要理解癌症是多细胞合作中的骗子这一概念背后的演化原因,我们必须审视一个更广义的问题:合作是如何在演化中出现并保持总体稳定的?
合作理论学家给这个问题提出了许多解决方案:从互惠到惩罚,从风险分担到仅与亲属开展合作,并通过数百种计算机模型研究分析了各种可能的解释。尽管维持稳定合作的解决方案和策略各不相同,但它们主要分为两大类:基于彼此之间反复打交道的个体,以及基于遗传相关性。
个体之间的反复互动有利于合作的形成,因为这使得他们都有机会获得以往合作过程所带来的好处,或者经历欺骗所带来的负面影响。反复的互动改变了合作和欺骗的收益比,通常使得合作成为整体上来讲更有利的选择。[7]当个人可以离开不合作的伙伴和团体,或者能够选择任何形式的合作,合作策略的益处就会增加。[8]作为策略来说,合作要好过欺骗,因为合作者所组成的团体更加稳定和持久,每个合作者都能从合作当中获益。[9]合作细胞的反复相互作用可能在多细胞生命演化的早期阶段发挥了作用。但是传统上,学者们认为遗传相关性是向多细胞生物体过渡的过程中细胞合作演化的主要原因。
遗传相关性能够帮助我们解决欺骗的问题,它使得促进合作的基因重新获得收益,从而令合作得以继续下去。想象有一锅由单细胞(它们不属于多细胞生物的任一部分)组成的细胞汤。这些细胞中有的是“生产者”,它们会产生某种物质(例如帮助细胞代谢的酶)来增强其周围其他所有细胞的适应性。其他细胞属于“搭便车者”(在英语中被称为freerider或freeloader,合作理论学家通常用这个词来描述那些对公共事务没有任何贡献的个体),它们不会提供任何东西,只是单纯从生产者那里受益。如果种群中个体之间的相互作用随机发生,那么搭便车者将会获得更多资源,同时避免了生产这种酶所需要的付出。它们将获得更多的繁殖机会(因为它们占有更多的资源),并统治整个种群。最终,这一切都变成了搭便车细胞的天下,而负责生产的细胞则会消亡。这是阐释欺骗的经典问题的一个主要例子,展示了欺骗是如何限制合作在演化上的可行性的。
不过,让我们来考虑一下原始汤中细胞随机相互作用之外的另一种情形:如果生产者团结一致,不与搭便车者打交道,结局将会如何?每当生产者生产出某种东西,其收益都跑到其他生产者那里去,生产者不再为搭便车者白白做嫁衣裳,而是只为其同类带来益处。这会使得让细胞有能力参与生产的基因在细胞群体中得到增加。
与此类似,如果同一祖先的所有细胞基因构成都与祖先相同(被称为遗传克隆),负责细胞与细胞之间协作的基因就可以通过被称为亲缘选择的过程得到扩散传播。多细胞生物体之所以能够演化出极高水平的细胞合作,原因之一即是细胞遗传近似属于遗传克隆的情况。我们在下一节中也会讲到,遗传相关性虽然并非解决所有问题的方案,但它确实有助于创造一些条件,使细胞合作的演化成为可能。细胞群内部细胞之间所具有的高度相关性,也使得该群落有可能演化出某种机制,来揪出并应对其中搭便车的细胞。
细胞群落的遗传相关性使之更有可能演化出细胞合作,从而为多细胞生物的演化奠定了基础。但是,一开始是什么让多细胞合作成为一个好策略的呢?细胞为什么会放弃其作为单独个体的繁殖能力,使其细胞水平的演化适应性服从于整个细胞集体的适应能力?