即時進化：科學家在 30 年海洋蝸牛實驗中預測並見證進化

一座小岩石島上的蝸牛在科學家眼前進化。有毒藻華將海洋蝸牛從礁石中消滅後，它們被重新引入。雖然研究人員有意引入同一蝸牛物種的不同族群，但這些蝸牛族群的演化與 30 多年前消失的族群驚人相似。

這項研究由奧地利科學技術研究所 (ISTA) 和挪威諾德大學的研究人員領導，發表在科學進步。

這是 1988 年。但為什麼有人會關心公海上一塊三平方公尺岩石上的一群蝸牛的命運呢？事實證明，這一事件將為預測和看到進化在我們眼前展開提供了機會。

以前，這些島嶼及其潮間帶小島（岩石小島）是密集且多樣化的種群的家園。屬於 Littorina saxatilis 種。雖然較大島嶼上的蝸牛數量（其中一些已減少到不到 1%）在兩到四年內得到了恢復，但一些礁石似乎無法從這一嚴重打擊中恢復過來。

瑞典哥德堡大學的海洋生態學家 Kerstin Johannesson 看到了一個獨特的機會。 1992 年，她將 L. saxatilis 蝸牛重新引入它們失去的斯克里棲息地，開始了一項在 30 多年後產生深遠影響的實驗。

它允許由來自奧地利科學技術研究所 (ISTA)、挪威諾德大學、瑞典哥德堡大學和英國謝菲爾德大學的研究人員領導，預測並見證了正在發生的進化。

波螺和蟹螺

L. saxatilis 是北大西洋沿岸常見的一種海洋蝸牛，不同的族群進化出了適應其環境的特徵。這些特徵包括大小、殼形狀、殼顏色和行為。

這些特徵之間的差異在所謂的蟹生態型和波浪生態型之間尤其顯著。這些蝸牛在不同的地方反覆進化，要么是在螃蟹捕食的環境中，要么是在遠離螃蟹的暴露在波浪中的岩石上。

波浪蝸牛通常體型較小，外殼較薄，具有特定的顏色和圖案，孔徑較大且呈圓形，行為大膽。另一方面，蟹蝸牛的體型要大得多，殼更厚，沒有圖案，孔徑更小、更細長。蟹螺在捕食者占主導地位的環境中也表現得更警惕。

瑞典科斯特群島是這兩種不同的 L. saxatilis 蝸牛類型的家園，它們通常在同一島嶼上相鄰，或僅相隔數百公尺。之前1988 年，波浪螺棲息在礁石上，而附近的海岸則是蟹螺和波浪螺的家。這種緊密的空間接近性將被證明是至關重要的。

重新發現舊特徵

看到波浪蝸牛1992 年，Johannesson 決定將蝸牛重新引入其中一個礁石，但屬於螃蟹生態型。每年產生一到兩代，她理所當然地期望蟹螺能夠在科學家眼前適應新環境。

「我們的同事在實驗的頭十年內就看到了蝸牛適應的證據，」領導這項研究的作者之一、ISTA 巴頓小組的研究生迭戈·加西亞·卡斯蒂略 (Diego Garcia Castillo) 說。

「在實驗的 30 年裡，我們能夠可靠地預測蝸牛的外觀以及哪些基因區域將受到影響。這種轉變既迅速又引人注目，」他補充道。

然而，蝸牛並沒有完全從頭開始進化出這些特徵。共同通訊作者、ISTA 前博士後研究員、目前諾德大學研究員 Anja Marie Westram 解釋：「一些已經在初始螃蟹族群中存在，但流行率較低。這是因為該物種最近也經歷過類似的情況。蝸牛擁有龐大的基因庫，推動了這種快速進化。

多樣性是適應的關鍵

研究小組在多年的實驗中檢視了三個面向：蝸牛的表型、個體基因變異以及影響染色體整個區域的更大的遺傳變化（稱為「染色體倒位」）。

在最初的世代中，研究人員目睹了一種有趣的現象，稱為「表型可塑性」。移植後不久，蝸牛就改變了自己的形狀以適應新環境。但人口也很快開始發生基因變化。研究人員可以預測遺傳變化的程度和方向，特別是染色體倒位。

他們表明，蝸牛快速而戲劇性的轉變可能是由於兩個互補的過程造成的。快速選擇已在移植的蟹蝸牛種群中以較低頻率出現的性狀，以及來自鄰近波浪蝸牛的基因流，這些蝸牛可以簡單地漂流 160 米以上到達斯克里。

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面對污染和氣候變遷的演變

從理論上講，科學家知道，具有足夠高遺傳變異的物種可以更快地適應變化。然而，很少有研究旨在試驗野外隨時間推移的演化。

加西亞·卡斯蒂略說：“這項工作使我們能夠更仔細地觀察重複的進化，並預測一個種群如何發展出過去在類似條件下單獨進化的特徵。”

團隊現在希望了解物種如何適應污染和氣候變遷等現代環境挑戰。

「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極其緩慢。適應非常複雜，我們的星球也面臨著極端天氣事件、迅速推進的氣候變遷、污染和新寄生蟲等複雜的變化。她希望這項工作能夠推動有關維持具有大量和多樣化基因組成的物種的進一步研究。

「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，」韋斯特拉姆總結道。

現在，Johannesson 於 1992 年帶到斯克里的蝸牛數量已達到約 1,000 隻。