达尔文的遗产

1858年，博物学家华莱士（Alfred Russel Wallace）和达尔文（Charles Darwin）几乎同时提出了进化论。自此，他们彻底改变了生物学的进程，也颠覆了我们对周遭自然世界的理解。

进化是物种如何在遗传的帮助下随时间发生的变化，也是关于新物种是如何被创造的。

物种能适应新环境，因为个体基因的变异会提高或者降低繁衍（也就是将基因传给下一代）的可能。经过数代的努力，适应得最好的个体通常会更频繁地传递它们的基因。这可能导致物种的变化，也可能产生新物种，因为原始物种的不同群体有可能以截然不同的方向进化。

现在，科学家对进化是如何发生的，以及几个物种是如何从一个物种进化而来的细节有了更深入的了解。在过去几年里，遗传研究取得了长足的进步。科学家可以比以前学到更多的东西，不仅是关于生物本身，还包括生物的“前身”是什么样子。

近日，一组国际团队研究了达尔文一百多年前在加拉帕戈斯群岛旅行时见过的一种植物——詹姆斯岛树菊（Scalesia atractyloides Arn.），在它的基因中发现了无可辩驳的岛屿效应（island syndrome）的证据，并追溯到了它的原始物种身上的部分细节。论文已发表在《自然·通讯》上。

进化的岛屿效应

岛屿对于任何想要研究进化的人来说都格外有趣。在岛屿上，进化对不同物种的影响可以变得非常清晰，与这相关的现象就被称为岛屿效应。

对于一些物种来说，岛屿效应的一种表现是体型变得更小。比如，北极斯瓦尔巴群岛上的驯鹿比它们生活在挪威南部的近亲要小一些，这种适应可能与偏远的北极岛屿的恶劣气候和有限的营养食物有关。生活在北美岛屿上的矮猛犸象也出现了类似的适应性，但它们在近4000年前就灭绝了。

北极斯瓦尔巴群岛的驯鹿。（图／Brage Bremset, NTNU）

除此之外，适应岛屿最有名的例子一定少不了加拉帕戈斯群岛的生物。在达尔文的那次著名的环球之旅中，他从加拉帕戈斯的几个岛屿上收集了大量生物标本，也最终启发他发展出了进化论。其他科学家后来也对它们进行了多年的研究。

著名的达尔文雀就是其中的代表。 达尔文雀实际上包括18个不同的物种，但所有这些物种可能都是从一个物种进化而来的，它们主要通过适应环境中的不同生态位而相互区别。

这些鸟有着不同的歌鸣方式，有的以昆虫为食，有的则是“素食主义者”，有的喙比较长，有的则更短，这全都取决于什么能让它们最有效地获取食物。

地理隔离让岛屿上的进化路径变得更清晰，也更易研究，同时还能防止来自外部基因的干扰。鸟类遗传上的细微变化产生了各种各样的物种。因此，达尔文雀也常常被称为进化研究的典型案例。

植物界的“达尔文雀”

事实上，加拉帕戈斯的几乎所有物种都可以在偏远的岛屿上不受干扰地发展，几乎不存在来自遥远大陆的遗传贡献。在加拉帕戈斯丰富的植物圈里，有一类特别的植物被称为植物界的“达尔文雀”。

这类植物属叫作树菊（Scalesia）。整个属的15个物种都是加拉帕戈斯群岛的特有物种，也就是说，它们只生活这些岛屿上。

所有这些物种同样都是由一个单一的物种演变而来，在遥远的过去的某个时刻来到了这个群岛。后来，它们的后代占据了几个生态位和完全不同的栖息地，并逐渐发展成各具特色的物种，就像达尔文雀一样。

研究人员在这项新研究中选择了一个树菊物种进行研究。它的拉丁学名是Scalesia atractyloides Arn.，也被称为詹姆斯岛树菊。这是一种极危的矮树，只生存在加拉帕戈斯的詹姆斯岛（又称圣地亚哥岛）上。

詹姆斯岛树菊仅生活在加拉帕戈斯的詹姆斯岛上。（图／NTNU）

团队对这种植物的基因组进行了测序和描述，非常详细地了解了遗传和基因序列。

他们发现了几个与血管发育、生长、对盐度的适应和开花时间有的变异。这些变异可能有助于原始物种能够发展并传播到环境中的不同角落。换句话说，它们反映了适应不同条件的各种可能性。

詹姆斯岛树菊。（图／NTNU）

通过使用几种不同的遗传学方法，团队成功回溯并勾勒出了这些植物最初的模样。他们发现，树菊属所有物种的共同祖先是一个异源四倍体。用一种最直接的方式来说，这意味着，这种原始植物相当特别。

异源四倍体又叫双二倍体，这是一种变异体，或者说是一种杂交体。它们的细胞中含有两个不同物种的基本染色体组，也就是说，它们的染色体数量是正常植物的两倍。这种杂交提供了大量的基因选择，让后代可以从中“自由发挥”。

詹姆斯岛树菊。（图／NTNU）

了解岛屿进化的细节

研究在岛屿上进化的动植物，对于了解生物进化过程的实际运作方式极为有用。研究人员表示，这是一个开始，让他们逐步了解一个原始植物物种如何可能演化成几个物种的遗传基础。

这项研究首次深入分析了植物为适应岛屿环境而经历的许多遗传变化，让我们深入了解了各种形式的生命的进化历程。

#创作团队：

编译：Takeko

排版：雯雯

#参考来源：

https://norwegianscitechnews.com/2022/08/darwins-giant-daisies-and-evolution/

https://www.nature.com/articles/s41467-022-31280-w

#图片来源：

封面图：Sara Santacruz, NTNU

首图：Brage Bremset Hansen, NTNU