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短短三年,演化就肉眼可见

环球科学  · 公众号  · 科学  · 2025-03-29 22:00

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图片来源:Daniel Hentschel, CC BY 4.0 , via Wikimedia Commons


短短几十代,模样大不同。

撰文|黄雨佳
审校|二七

美丽的科斯特群岛(Koster Islands)位于瑞典西海岸,是瑞典阳光最充足的地方之一,每年吸引着近10万名游客前来观光。这里海风轻拂、风光秀丽,还盛产虾、牡蛎、螃蟹等海鲜。


然而,即便是这样美好的地方,也难逃生态危机。1988年5月,一种有毒藻类——多鳞金色藻( Chrysochromulina polylepis )突然爆发式繁殖,对当地海洋生物造成严重冲击,广泛分布于北大西洋沿岸的 岩石玉黍螺 Littorina saxatilis )就是其中一种。它们的数量骤然锐减, 一些小岛上的种群甚至直接灭绝 。哪怕4年过去,有些地方依然难觅它们的踪影。


1992年,瑞典哥德堡大学(University of Gothenburg)的海洋生态学家谢斯廷·约翰内松(Kerstin Johannesson)提出:能否 将岩石玉黍螺重新引入那些它们已经灭绝的小岛 ?就这样,一项长达30年的生态实验悄然开启。


令人惊喜的是,除了恢复种群,这项实验还揭示了一个更大的发现——演化可以快得惊人。 短短几十年,甚至在更短的时间内,岩石玉黍螺竟已发生肉眼可见的变化。 这项研究成果近期发表于《 科学·进展 》( Science Advances )。



海浪与螃蟹


岩石玉黍螺通常生活在两种截然不同的环境中:一种是 螃蟹密集 的海岸,另一种是 螃蟹稀少但海浪猛烈 的迷你岩石小岛。不同环境造就了不同的生存策略,栖息在这两种环境中的岩石玉黍螺,也在体型、壳形、壳色甚至行为上展现出了明显差异。


生活在螃蟹众多区域的岩石玉黍螺,被称为“ 螃蟹生态型 ”(Crab ecotype):它们体型较大,壳厚且坚固,壳口狭小而细长,壳面大多没有图案;而且为了躲避捕食者,它们的行为也更为谨慎。相反,生活在浪涛拍打区域的“ 海浪生态型 ”(Wave ecotype)则显得轻巧许多:它们体型较小,壳薄、壳口宽大而圆,壳上常带有独特的色彩和图案,行为也更大胆。在科斯特群岛,这两种生态型的岩石玉黍螺都存在,甚至可能在同一座小岛上比邻而居,或仅相隔几百米的海域。


“螃蟹生态型”和“海浪生态型”岩石玉黍螺生活在不同的环境(图片来源:原论文


正是在这样的背景下,约翰内松开启了她的实验。她打算将“螃蟹生态型”的岩石玉黍螺引入一个原本属于“海浪生态型”的栖息地。换句话说,她想看看, 当一群原本适应螃蟹环境的玉黍螺,被放入强浪拍打的陌生环境中,会发生什么


1992年5月,约翰内松等人从螃蟹密集的海岸线上采集了大约700只“螃蟹生态型”的成年岩石玉黍螺。离这片海岸线仅320米处,有一块仅约3平方米大的海中岩石小岛,上面原本的玉黍螺种群也一直未能恢复。而这座小岛距离最近一处仍栖息着“海浪生态型”玉黍螺的岛屿,也相隔了约160米。


图A:科学家移植了“螃蟹生态型”岩石玉黍螺的海中岩石小岛;图B:科学家从采集“螃蟹生态型”玉黍螺的区域拍摄的海中岩石小岛;图C:科学家采集“螃蟹生态型”玉黍螺的区域距离海中岩石小岛约320米,而小岛距离最近一处仍栖息着“海浪生态型”玉黍螺的岛屿约160米;图D:“螃蟹生态型”和“海浪生态型”玉黍螺样本(图片来源:原论文)


这座孤零零的小岛成了实验的现场。研究人员将那700只成年螺移植到岛上,等他们一个月后再回来查看时,发现只剩下了大约50只。当然,或许也有一些肉眼不可见的幼体已经被释放到了小岛上。从那以后,研究团队开始不定期返回小岛采样。这些螺每年可繁殖一至两代,因此 30年下来,大约经历了60代的演化过程


令人惊讶的是, 移植来的玉黍螺很快就显现出了对新环境的适应性。 研究人员表示, 他们观察到的大部分变化甚至在最初的3年内就完成了 。而 30年过后,小岛上的岩石玉黍螺更是发生了天翻地覆的变化。它们变得更像“海浪生态型”:壳口更宽、壳体更薄更光滑,颜色也更加丰富,近一半螺壳上出现了纹路。如今,它们与附近岛屿上的“海浪生态型”种群几乎难以区分。


30年间,岩石玉黍螺发生的变化(图片来源: 奥地利科学技术研究所


除了外形上的显著变化, 这些岩石玉黍螺的基因组也发生了与研究人员预期一致的调整 :它们的染色体中出现了许多在“海浪生态型”中更常见的基因倒位。研究人员指出,这些遗传特征并非凭空演化而来。毕竟,对于一个种群来说,如果个体数量有限、世代更替速度较慢,从头演化出全新的适应性特征通常需要很长时间,因为在短时间内很难积累足够多的有益突变。


那为何这些玉黍螺能在短短几十代内发生如此显著的改变?研究人员认为,可能有两方面因素。一方面,他们最初采集“螃蟹生态型”个体的区域,附近就分布着大量“海浪生态型”种群。因此,基因流动可能早已悄然发生,导致这些“螃蟹生态型”个体也 携带了一些与海浪适应相关的等位基因 ,只是比例较低。另一方面,附近其他岛屿上的“海浪生态型”个体也可能 漂流 至这座岩石小岛,带来了新的遗传变异。


如今,这座曾经荒芜的小岛已重新被玉黍螺占据,它们的种群数量增长至约1000只,成为了一个稳定而繁荣的新群体。这个实验也为我们揭示了一个重要事实:在面对环境剧变时, 物种的快速演化并非遥不可及,它可以在短短几十代之内快速发生


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参考链接:

https ://en .wikipedia.org/wiki/Koster_Islands

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adp2102

https://ista.ac.at/en/news/evolution-in-real-time/


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