1858 年，博物學(xué)家華萊士（Alfred Russel Wallace）和達爾文（Charles Darwin）幾乎同時提出了進化論。自此，他們徹底改變了生物學(xué)的進程，也顛覆了我們對周遭自然世界的理解。

進化是物種如何在遺傳的幫助下隨時間發(fā)生的變化，也是關(guān)于新物種是如何被創(chuàng)造的。

物種能適應(yīng)新環(huán)境，因為個體基因的變異會提高或者降低繁衍（也就是將基因傳給下一代）的可能。經(jīng)過數(shù)代的努力，適應(yīng)得最好的個體通常會更頻繁地傳遞它們的基因。這可能導(dǎo)致物種的變化，也可能產(chǎn)生新物種，因為原始物種的不同群體有可能以截然不同的方向進化。

現(xiàn)在，科學(xué)家對進化是如何發(fā)生的，以及幾個物種是如何從一個物種進化而來的細(xì)節(jié)有了更深入的了解。在過去幾年里，遺傳研究取得了長足的進步。科學(xué)家可以比以前學(xué)到更多的東西，不僅是關(guān)于生物本身，還包括生物的 " 前身 " 是什么樣子。

近日，一組國際團隊研究了達爾文一百多年前在加拉帕戈斯群島旅行時見過的一種植物——詹姆斯島樹菊（Scalesia atractyloides Arn.），在它的基因中發(fā)現(xiàn)了無可辯駁的島嶼效應(yīng)（island syndrome）的證據(jù)，并追溯到了它的原始物種身上的部分細(xì)節(jié)。論文已發(fā)表在《自然 · 通訊》上。

進化的島嶼效應(yīng)

島嶼對于任何想要研究進化的人來說都格外有趣。在島嶼上，進化對不同物種的影響可以變得非常清晰，與這相關(guān)的現(xiàn)象就被稱為島嶼效應(yīng)。

對于一些物種來說，島嶼效應(yīng)的一種表現(xiàn)是體型變得更小。比如，北極斯瓦爾巴群島上的馴鹿比它們生活在挪威南部的近親要小一些，這種適應(yīng)可能與偏遠(yuǎn)的北極島嶼的惡劣氣候和有限的營養(yǎng)食物有關(guān)。生活在北美島嶼上的矮猛犸象也出現(xiàn)了類似的適應(yīng)性，但它們在近 4000 年前就滅絕了。

北極斯瓦爾巴群島的馴鹿。（圖／Brage Bremset, NTNU）

除此之外，適應(yīng)島嶼最有名的例子一定少不了加拉帕戈斯群島的生物。在達爾文的那次著名的環(huán)球之旅中，他從加拉帕戈斯的幾個島嶼上收集了大量生物標(biāo)本，也最終啟發(fā)他發(fā)展出了進化論。其他科學(xué)家后來也對它們進行了多年的研究。

著名的達爾文雀就是其中的代表。達爾文雀實際上包括 18 個不同的物種，但所有這些物種可能都是從一個物種進化而來的，它們主要通過適應(yīng)環(huán)境中的不同生態(tài)位而相互區(qū)別。

這些鳥有著不同的歌鳴方式，有的以昆蟲為食，有的則是 " 素食主義者 "，有的喙比較長，有的則更短，這全都取決于什么能讓它們最有效地獲取食物。

地理隔離讓島嶼上的進化路徑變得更清晰，也更易研究，同時還能防止來自外部基因的干擾。鳥類遺傳上的細(xì)微變化產(chǎn)生了各種各樣的物種。因此，達爾文雀也常常被稱為進化研究的典型案例。

植物界的 " 達爾文雀 "

事實上，加拉帕戈斯的幾乎所有物種都可以在偏遠(yuǎn)的島嶼上不受干擾地發(fā)展，幾乎不存在來自遙遠(yuǎn)大陸的遺傳貢獻。在加拉帕戈斯豐富的植物圈里，有一類特別的植物被稱為植物界的 " 達爾文雀 "。

這類植物屬叫作樹菊（Scalesia）。整個屬的 15 個物種都是加拉帕戈斯群島的特有物種，也就是說，它們只生活這些島嶼上。

所有這些物種同樣都是由一個單一的物種演變而來，在遙遠(yuǎn)的過去的某個時刻來到了這個群島。后來，它們的后代占據(jù)了幾個生態(tài)位和完全不同的棲息地，并逐漸發(fā)展成各具特色的物種，就像達爾文雀一樣。

研究人員在這項新研究中選擇了一個樹菊物種進行研究。它的拉丁學(xué)名是 Scalesia atractyloides Arn.，也被稱為詹姆斯島樹菊。這是一種極危的矮樹，只生存在加拉帕戈斯的詹姆斯島（又稱圣地亞哥島）上。

詹姆斯島樹菊僅生活在加拉帕戈斯的詹姆斯島上。（圖／NTNU）

團隊對這種植物的基因組進行了測序和描述，非常詳細(xì)地了解了遺傳和基因序列。

他們發(fā)現(xiàn)了幾個與血管發(fā)育、生長、對鹽度的適應(yīng)和開花時間有的變異。這些變異可能有助于原始物種能夠發(fā)展并傳播到環(huán)境中的不同角落。換句話說，它們反映了適應(yīng)不同條件的各種可能性。

詹姆斯島樹菊。（圖／NTNU）

通過使用幾種不同的遺傳學(xué)方法，團隊成功回溯并勾勒出了這些植物最初的模樣。他們發(fā)現(xiàn)，樹菊屬所有物種的共同祖先是一個異源四倍體。用一種最直接的方式來說，這意味著，這種原始植物相當(dāng)特別。

異源四倍體又叫雙二倍體，這是一種變異體，或者說是一種雜交體。它們的細(xì)胞中含有兩個不同物種的基本染色體組，也就是說，它們的染色體數(shù)量是正常植物的兩倍。這種雜交提供了大量的基因選擇，讓后代可以從中 " 自由發(fā)揮 "。

詹姆斯島樹菊。（圖／NTNU）

了解島嶼進化的細(xì)節(jié)

研究在島嶼上進化的動植物，對于了解生物進化過程的實際運作方式極為有用。研究人員表示，這是一個開始，讓他們逐步了解一個原始植物物種如何可能演化成幾個物種的遺傳基礎(chǔ)。

這項研究首次深入分析了植物為適應(yīng)島嶼環(huán)境而經(jīng)歷的許多遺傳變化，讓我們深入了解了各種形式的生命的進化歷程。