在一項長達 30 年的迷人實驗中,科學家們親眼目睹了一種動物物種在他們面前的進化過程。
粗糙的長春花(岩石海灘)是北大西洋沿岸常見的一種小型海蝸牛。其中包括瑞典的科斯特群島及其岩石小島(稱為岩礁),1988 年有毒藻類大量繁殖,消滅了大部分蝸牛族群。
這一致命事件為長期的進化實驗。 1992年,哥德堡大學的海洋生態學家克斯汀‧約翰內森(Kerstin Johannesson)將700隻蝸牛重新引入到蝸牛數量已被消滅的礁石中。
但約翰內森並不僅僅用同樣的蝸牛來取代失去的數量。相反,她移植了由不同棲息地塑造的不同「生態型」的蝸牛,看看它們是否會隨著時間的推移進化出原始斯克里居民的特徵。
果然,在幾十代人的過程中,新的殖民者沿著與他們的前輩驚人相似的道路進化,受到相同的棲息地的影響。研究者準確預測蝸牛外觀和遺傳學的變化,提供了進化過程中一個有趣的例子。
在科斯特群島地區,虎耳草根據每個族群面臨的環境壓力,採取幾種不同生態類型的形式。所謂的螃蟹生態型生活在螃蟹捕食的地區,因此它們往往更加謹慎,並進化出更大、更厚的殼,沒有圖案,入口也相對較小。
另一類被稱為波浪生態型,它們生活在遠離螃蟹的岩石上,但暴露在波浪中。這些蝸牛更大膽、更小,外殼更薄,有圖案,開口相對較大。
在1988年之前,目前實驗中使用的礁石上生活的是Wave生態型–長僅三公尺(9.8 英尺)的岩石小島。但在藻華消滅了它們之後,約翰內森和她的團隊用蟹生態型的蝸牛取代了它們,看看它們是否會進化成類似於波浪蝸牛。
研究小組監測了蝸牛三種不同類型的變化。首先是外觀:蝸牛殼的平均長度、厚度、顏色、圖案和脊線預計將從蟹生態型過渡到波浪生態型。
這些外在的變化,或者表型考慮到蝸牛每年繁殖一兩代的速度,這一現像很快就變得顯而易見。它們的貝殼從米色變成了更廣泛的顏色,變得更薄、更光滑,並且有更寬的開口和不那麼尖的尖端。
監測的其他類型的變化是基因變異(某些變異存在於基因組中設定位置的可能性),以及稱為染色體倒位的更大的遺傳變化。正如預期的那樣,這兩種動物都逐漸遠離了最初的螃蟹生態型,並開始類似於鄰近的波浪種群。
研究小組表示,可預測的演變是由幾個因素造成的。其一,所需的性狀已經存在於螃蟹生態型的基因組中,儘管濃度較低。其次,距離僅 160 公尺(525 英尺)的波浪蝸牛族群可能會漂流過來,並將其基因貢獻給混合物。
這些蝸牛能夠很好地適應不斷變化的環境,但其他動物可能就沒那麼幸運了。
“並非所有物種都能獲得大型基因庫,從頭開始進化新性狀的過程非常緩慢,”安雅·韋斯特拉姆說,該研究的共同通訊作者。
「適應非常複雜,我們的星球也面臨複雜的變化,極端天氣事件不斷發生,氣候變遷迅速推進、污染和新的寄生蟲。也許這項研究有助於說服人們保護一系列自然棲息地,以便物種不會失去其遺傳變異。
該研究發表在期刊上科學進步。