紅皇后假說

紅皇后假說 (Red Queen Hypothesis)
國立臺灣師範大學生命科學系研究助理胡琬琳

紅皇后假說一詞由Leigh Van Valen於1973年提出，是在演化生物學相當有名的假說；但用假說來稱呼其實不大適當，其較像是演化的一種模式。

紅皇后與愛莉絲(圖片來源：flickr用戶Jurgen Appelo)

紅皇后一詞源自於愛莉絲夢遊仙境（Alice’s adventures in wonderland）的姊妹作──鏡中奇緣（Through the Looking Glass）。在故事中，愛莉絲進入一個鏡子中的房屋，屋內所有物品亦如鏡象一般左右顛倒，她踏出小屋想順著屋外的小徑爬上山坡的花園時卻發現怎麼走都只是走回小屋，無法到達山坡頂。此時愛莉絲經過一花壇旁，並和花兒說了些話；花兒說紅皇后也常經過這裡，愛莉絲便決定要去找紅皇后。愛莉絲看見皇后就朝她走去，走了半天卻發現又回到了小屋門前；此時愛莉絲想起花兒告訴她的話並調頭往反方向走，沒想到馬上就走到了皇后身邊。

皇后一邊帶領愛莉絲走向山坡頂，也同時說明這個鏡中的世界看起來彎的路其實是直的、要前往一個地方其實要往反方向走、山坡會變成山谷……。走上山丘之後，俯瞰下去發現田野被樹籬和小溪切割成棋盤的樣子；「我可以參加田野上的西洋棋賽嗎?」愛莉絲興奮的問，「當然，你可以當白卒，而且走到第八格時就可以變為皇后了（西洋棋的規則）。」皇后回答。剎那間，皇后沒來由地跑了起來，並且愈跑愈快；為了跟上皇后的腳步，愛莉絲也不得不加快速度。詭異的是，不論他們跑的多快，周遭的景物沒有改變，他們仍停留在原來的地方。最後終於停了下來，「為什麼我們跑了這麼久仍在同一個地方？」愛莉絲喘著氣，眉頭皺著露出疑惑的表情。皇后嘴角露出淺淺微笑然後說「在這個國度中，全力奔跑不過是為了維持在原地而已。（In this world, constant running is needed in order to remain in the same place.）」

自然界中，獵物與授獵者的互動產生一股將演化過程趨於複雜的力量；演化過程中，狩獵者會不斷提高發現和捕獲獵物的效率，發展出更好的攻擊方式。因應強大的演化壓力，獵物也必須有更好的逃脫方式保護自己，使自己有機會生存。一方的演化成功會使另一方有較大機會被淘汰，為了維持存活的現狀，也必須發展出因應的策略。兩者微妙的關係必須保持平衡，過度發展的一方或是停止改變的一方有可能就在漫長的演化旅途中遭到淘汰的命運，由此衍生無止盡的演化軍備競賽（evolutionary arms race）。生物學家用「紅皇后假說Red Queen Hypothesis」來闡明這個兩物種為了生存而互相施加生存壓力，影響對方演化進程的歷程。

紅皇后假說不僅表現在獵物與授獵者的關係上，之後更引用至有性生殖策略的推論，寄生蟲與宿主、甚至病毒與宿主都有此一演化模式的表現。

參考資料

1. 紅皇后 http://homepage.ntu.edu.tw/~hurngyi/index.files/Page521.htm
2. Futuyma, D. J. Evolution. Second Edition, 2009. Sinauer Associates, Inc.
3. Paredis, Jan. 1997. Coevolving Cellular Automata: Be Aware of the Red Queen! In: 7th Int. Conference on Genetic Algorithms (ICGA 97), Baeck, T. (ed.). Morgan Kaufmann Publishers.