20世纪60年代，分子生物学家索尔·斯皮格尔曼（Sol Spiegelman）使用一种他称之为“小怪物”的不断演化的病毒RNA，首次在分子水平上论证了达尔文演化论。

The National Library of Medicine/National Institutes of Health

斯皮格尔曼的怪物是基于一个病毒基因组的变异RNA链。这位生物学家发现，只要有核苷酸的基本构成要素和一种名为复制酶（replicase）的聚合酶，将RNA链与之混合并加热，就可以将其无限地复制。然而，他很快意识到，随着时间的推移，他的分子变得越来越小：去除了不必要基因的副本复制得更快，这提高了它们被收集并转移到新试管中进一步复制的几率。就像现存物种一样，他的分子在自然选择的压力下也开始变异和演化，从而更好地在玻璃世界中生存。

这些研究是世界上第一例在分子水平上证明达尔文演化论的实验——“物竞天择，适者生存”。尤金·库宁（Eugene Koonin）说道，他是美国国家卫生研究院的一名杰出研究员，在国家生物技术信息中心工作，“在这些条件下，最佳适应就意味着最快复制。

斯皮格尔曼的工作启发了随后数十年的深入研究，其中大部分研究为生命起源的研究奠定了基础，并为RNA世界假说（RNA world hypothesis）提供了支持，即生命起源于自我复制的RNA分子。但这些研究没有解答一个关键问题：单个分子大小的复制基因能否演化成一个多复制基因的复杂网络?

- Novikov Aleksey -

十几年前，当时市桥伯一（Norikazu Ichihashi）还是大阪大学生物信息工程学副教授，他开始通过调整斯皮格尔曼的试管世界来寻找答案。“我们试图把这个系统变得更像生命体。”市桥说。

市桥和他的团队开发了一种RNA分子[1]，它编码了一种复制酶，可以复制RNA。但要让这个分子翻译自己的遗传密码，科学家们还需要添加更多的东西：从常见的肠道细菌大肠杆菌中，借用了核糖体和其他基因翻译系统。他们将系统嵌入微滴中，并将其加入RNA和复制所需原材料的混合物中。

接下来，便是长达数年的乏味混合与等待。

他们的长期实验包括在37摄氏度（人体或酷暑的温度）下培养复制系统，添加新的微滴和新的翻译系统，并搅拌混合物以诱导复制。每隔几天，他们分析试管中的RNA浓度，并每隔一周左右从最新混合物中提取样本并冷冻保存。每半年左右，他们会对收集的样本进行大批量测序，看看RNA是否有了新的突变并演化成了新的谱系（lineage）。

试管里的演化

经过215小时43轮的复制，研究人员开始看到有趣的结果，并在2016年发表于PNAS[2]。原本的RNA已经被另外两种RNA所取代：其中一种被研究人员称为“宿主”，它可以使用自己的复制酶来复制自己，就像最原始的RNA分子一样；另一种“寄生虫”需要借用宿主的基因表达系统。

当市桥和同事将实验延长到120轮复制，时长已经超过600个小时，他们发现宿主谱系已经分裂成两个独立的宿主谱系，其中一个宿主演化出了两种不同的寄生虫。然而，不仅谱系的数量有所增加；他们之间的互动也更加复杂。宿主们出现了突变，可以干扰寄生虫劫持其复制资源的能力，但寄生虫也演化出了突变，能防御这些干扰作用。宿主和寄生虫似乎在共同演化。