所有的生物都有一个由储存在每个细胞中的DNA提供的蓝图。然而，每个细胞中DNA的数量——也就是我们所说的基因组大小——在整个生命之树上跨越了一个令人难以置信的范围。

　　在动物中，它的范围从蠕虫状海洋寄生虫的微小基因组，到比人类小200倍的石纹肺鱼（埃塞俄比亚原鱼）的基因组，估计比我们自己的大40倍。植物也表现出类似的变异，其中一种——叉蕨（Tmesipteris oblanceolata）——保持着最大基因组的记录，每个细胞中的DNA是人类的50多倍。

　　这种基因组大小的差异凸显了地球上生命的显著多样性，但也提出了一个有趣的进化问题。较小的基因组使植物和动物生长得更快更有效，那么为什么有些物种的基因组要大得多呢？

　　所有生物都必须复制自己的DNA来产生新的细胞，这是生长的基本要求。较小的基因组效率更高的原因是，每次细胞分裂所需的DNA数量减少，从而转化为更快的复制过程。它们对营养物质的需求也较低，尤其是对DNA构成元素氮和磷的需求。

　　考虑到这些优势，大多数物种的基因组都很小也就不足为奇了。然而，大基因组的存在表明，与生长相关的成本是可以克服的，甚至可能在特定情况下提供优势。

　　我的研究小组最近进行了一项研究，研究在草类物种中拥有更大基因组的潜在好处。草是一个巨大而广泛的植物家族：它们分布在所有大陆，并主导着从北极苔原到温带草原到热带稀树草原的开放栖息地。它们也有不同的基因组大小，因此是研究大基因组是否提供独特益处的理想群体。

　　我们研究了不同种类的草在实验条件下的生长速度，这些实验条件是为了复制它们在野外的经历，比如高温、低土壤养分和干旱。然后，我们将这些数据与每个物种的基因组大小信息结合起来。

　　我们发现，虽然基因组较小的物种在大多数环境条件下表现更好，但在两种情况下，基因组较大的物种似乎具有优势。在这两种情况下，好处可能源于这样一个事实：更大的基因组有更大的细胞来容纳额外的DNA。

　　第一种情况是在肥沃的土壤上，复制大量DNA所需的资源很容易获得。虽然营养水平低的地区显著减缓了具有大基因组的草的生长，但这些物种在营养充足的情况下茁壮成长。

　　就细胞而言，较大的基因组比较小的基因组能产生更多的生物量，比如叶子。然而，在营养物质较少的地区复制额外DNA的需求超过了这一点，在高营养环境中，这些基因组较大的物种可以更快地生长，并使其基因组较小的邻居黯然失色。

　　第二种情况是生长季节往往较冷，例如在温带地区。要解释这一点，重要的是要了解植物的生长有两个主要阶段。

　　首先是细胞分裂，新细胞产生。这发生在植物的特定区域，称为顶端分生组织，位于茎尖和根尖以及叶的基部。第二阶段是细胞扩张，新细胞随水膨胀，使叶、茎或根变长。

　　低温会显著减缓细胞分裂，这意味着新细胞产生的速度更慢。然而，低温对细胞扩张的影响较小。这意味着即使在寒冷的天气里，含有大基因组的大细胞也能比小细胞更快地通过细胞扩张生长，从而促进植物的快速生长。

　　细胞扩张是驱动水仙花和风铃草等球茎早春生长的主要机制（它们也有很大的基因组）。它们已经在上一个温暖的夏天进行了细胞分裂，而寒冷不会以同样的方式抑制细胞的增殖。

　　对于这些植物来说，细胞扩增的早春生长使植物在较小的基因组物种开始生长和竞争资源之前处于领先地位。多年生草可能也是如此，这就解释了为什么大多数基因组较大的草都生长在较冷的环境中。

　　因此，虽然基因组较小的物种通常生长效率最高，但根据环境的不同，小基因组和大基因组都具有生长优势。事实上，不同基因组大小的草可能是它们在世界各地茁壮成长的原因之一，强调了遗传多样性在地球上生命的生存和成功中的作用。

　　我们自己中等大小的基因组在我们作为一个物种的全球成功中所扮演的角色尚不清楚。然而，与我们研究的草类不同，我们有能力移动以获取所需的资源，这表明拥有更大的基因组所带来的营养成本可以更容易得到满足。