实时进化：科学家在 30 年海洋蜗牛实验中预测并见证进化

一座小岩石岛上的蜗牛在科学家眼前进化。有毒藻华将海洋蜗牛从礁石中消灭后，它们被重新引入。虽然研究人员有意引入同一蜗牛物种的不同种群，但这些蜗牛种群的进化与 30 多年前消失的种群惊人相似。

这项研究由奥地利科学技术研究所 (ISTA) 和挪威诺德大学的研究人员领导，发表在科学进步。

这是 1988 年。科斯特群岛是瑞典西海岸附近靠近挪威边境的一组岛屿，受到特别密集的有毒藻类的袭击，导致海洋蜗牛数量灭绝。但为什么有人会关心公海上一块三平方米岩石上的一群蜗牛的命运呢？事实证明，这一事件将为预测和看到进化在我们眼前展开提供了机会。

以前，这些岛屿及其潮间带小岛（岩石小岛）是密集且多样化的种群的家园。属于 Littorina saxatilis 种。虽然较大岛屿上的蜗牛数量（其中一些已减少到不到 1%）在两到四年内得到了恢复，但一些礁石似乎无法从这一严重打击中恢复过来。

瑞典哥德堡大学的海洋生态学家 Kerstin Johannesson 看到了一个独特的机会。 1992 年，她将 L. saxatilis 蜗牛重新引入它们失去的斯克里栖息地，开始了一项在 30 多年后产生深远影响的实验。

它允许由来自奥地利科学技术研究所 (ISTA)、挪威诺德大学、瑞典哥德堡大学和英国谢菲尔德大学的研究人员领导，预测并见证了正在发生的进化。

波螺和蟹螺

L. saxatilis 是北大西洋沿岸常见的一种海洋蜗牛，不同的种群进化出了适应其环境的特征。这些特征包括大小、壳形状、壳颜色和行为。

这些特征之间的差异在所谓的蟹生态型和波浪生态型之间尤其显着。这些蜗牛在不同的地方反复进化，要么是在螃蟹捕食的环境中，要么是在远离螃蟹的暴露在波浪中的岩石上。

波浪蜗牛通常体型较小，外壳较薄，具有特定的颜色和图案，孔径较大且呈圆形，行为大胆。另一方面，蟹蜗牛的体型要大得多，壳更厚，没有图案，孔径更小、更细长。蟹螺在捕食者占主导地位的环境中也表现得更加警惕。

瑞典科斯特群岛是这两种不同的 L. saxatilis 蜗牛类型的家园，它们通常在同一岛屿上相邻，或者仅相隔数百米。之前1988 年，波浪螺栖息在礁石上，而附近的海岸则是蟹螺和波浪螺的家园。这种紧密的空间接近性将被证明是至关重要的。

重新发现旧特征

看到波浪蜗牛1992 年，Johannesson 决定将蜗牛重新引入其中一个礁石，但属于螃蟹生态型。每年产生一到两代，她理所当然地期望蟹螺能够在科学家眼前适应新环境。

“我们的同事在实验的头十年内就看到了蜗牛适应的证据，”领导这项研究的作者之一、ISTA 巴顿小组的研究生迭戈·加西亚·卡斯蒂略 (Diego Garcia Castillo) 说。

“在实验的 30 年里，我们能够可靠地预测蜗牛的外观以及哪些基因区域将受到影响。这种转变既迅速又引人注目，”他补充道。

然而，蜗牛并没有完全从头开始进化出这些特征。共同通讯作者、ISTA 前博士后、目前诺德大学研究员 Anja Marie Westram 解释道：“一些已经在初始螃蟹种群中存在，但流行率较低。这是因为该物种最近经历过类似的情况。蜗牛拥有庞大的基因库，推动了这种快速进化。”

多样性是适应的关键

研究小组在多年的实验中检查了三个方面：蜗牛的表型、个体基因变异以及影响染色体整个区域的更大的遗传变化（称为“染色体倒位”）。

在最初的几代人中，研究人员目睹了一种有趣的现象，称为“表型可塑性”。移植后不久，蜗牛就改变了自己的形状以适应新环境。但人口也很快开始发生基因变化。研究人员可以预测遗传变化的程度和方向，特别是染色体倒位。

他们表明，蜗牛快速而戏剧性的转变可能是由于两个互补的过程造成的。快速选择已在移植的蟹蜗牛种群中以较低频率出现的性状，以及来自邻近波浪蜗牛的基因流，这些蜗牛可以简单地漂流 160 米以上到达斯克里。

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面对污染和气候变化的演变

从理论上讲，科学家们知道，具有足够高遗传变异的物种可以更快地适应变化。然而，很少有研究旨在试验野外随时间推移的进化。

加西亚·卡斯蒂略说：“这项工作使我们能够更仔细地观察重复的进化，并预测一个种群如何发展出过去在类似条件下单独进化的特征。”

该团队现在希望了解物种如何适应污染和气候变化等现代环境挑战。

“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极其缓慢。适应非常复杂，我们的星球也面临着极端天气事件、迅速推进的气候变化、污染和新寄生虫等复杂的变化。”韦斯特拉姆说。她希望这项工作能够推动有关维持具有大量和多样化基因组成的物种的进一步研究。

“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，”韦斯特拉姆总结道。

现在，Johannesson 于 1992 年带到斯克里的蜗牛数量已达到约 1,000 只。