在一项长达 30 年的迷人实验中,科学家们亲眼目睹了一种动物物种在他们面前的进化过程。
粗糙的长春花(岩石海滩)是北大西洋沿岸常见的一种小型海蜗牛。其中包括瑞典的科斯特群岛及其岩石小岛(称为岩礁),1988 年有毒藻类大量繁殖,消灭了大部分蜗牛种群。
这一致命事件为长期的进化实验。 1992年,哥德堡大学的海洋生态学家克斯汀·约翰内森(Kerstin Johannesson)将700只蜗牛重新引入到蜗牛数量已被消灭的礁石中。
但约翰内森并不仅仅用同样的蜗牛来取代失去的数量。相反,她移植了由不同栖息地塑造的不同“生态型”的蜗牛,看看它们是否会随着时间的推移进化出原始斯克里居民的特征。
果然,在几十代人的过程中,新的殖民者沿着与他们的前辈惊人相似的道路进化,受到相同的栖息地的影响。研究人员准确预测蜗牛外观和遗传学的变化,提供了进化过程中一个有趣的例子。
在科斯特群岛地区,虎耳草根据每个种群面临的环境压力,采取几种不同生态类型的形式。所谓的螃蟹生态型生活在螃蟹捕食的地区,因此它们往往更加谨慎,并进化出更大、更厚的壳,没有图案,入口也相对较小。
另一类被称为波浪生态型,它们生活在远离螃蟹的岩石上,但暴露在波浪中。这些蜗牛更大胆、更小,外壳更薄,有图案,开口相对较大。
1988年之前,当前实验中使用的礁石上生活的是Wave生态型–长仅三米(9.8 英尺)的岩石小岛。但在藻华消灭了它们之后,约翰内森和她的团队用蟹生态型的蜗牛取代了它们,看看它们是否会进化成类似于波浪蜗牛。
研究小组监测了蜗牛三种不同类型的变化。首先是外观:蜗牛壳的平均长度、厚度、颜色、图案和脊线预计将从蟹生态型过渡到波浪生态型。
这些外在的变化,或者表型鉴于蜗牛每年繁殖一两代的速度,这一现象很快就变得显而易见。它们的贝壳从米色变成了更广泛的颜色,变得更薄、更光滑,并且有更宽的开口和不那么尖的尖端。
监测的其他类型的变化是基因变异(某些变异存在于基因组中设定位置的可能性),以及称为染色体倒位的更大的遗传变化。正如预期的那样,这两种动物都逐渐远离了最初的螃蟹生态型,并开始类似于邻近的波浪种群。
研究小组表示,可预测的演变是由几个因素造成的。其一,所需的性状已经存在于螃蟹生态型的基因组中,尽管浓度较低。其次,距离仅 160 米(525 英尺)的波浪蜗牛种群可能会漂流过来,并将其基因贡献给混合物。
这些蜗牛能够很好地适应不断变化的环境,但其他动物可能就没那么幸运了。
“并非所有物种都能获得大型基因库,从头开始进化新性状的过程非常缓慢,”安雅·韦斯特拉姆说,该研究的共同通讯作者。
“适应非常复杂,我们的星球也面临着复杂的变化,极端天气事件不断发生,气候变化迅速推进、污染和新的寄生虫。也许这项研究有助于说服人们保护一系列自然栖息地,以便物种不会失去其遗传变异。”
该研究发表在期刊上科学进步。