
加拉帕戈斯群岛,这个因达尔文雀而闻名于世的演化实验室,至今仍在书写新的篇章。近两个世纪后,一项关于该群岛特有植物——巨型雏菊属(Scalesia)的最新研究,揭示了演化如何在基因层面展现出惊人的灵活性与创造力。
1835年,达尔文随“小猎犬号”抵达加拉帕戈斯,他收集的雀类后来成为支持自然选择理论的经典案例。这些雀鸟的喙部形态因食性不同而分化,是平行演化的典型代表。如今,由挪威科技大学、英国皇家植物园邱园、加州大学戴维斯分校等机构组成的国际团队,将目光投向了被称为“加拉帕戈斯巨型雏菊”的Scalesia属植物。相关成果发表于《自然·通讯》。
“正如达尔文的雀鸟,这些植物在从南美大陆抵达加拉帕戈斯后迅速演化。”研究第一作者、邱园的Vanessa Bieker指出。Scalesia属非常年轻,所有现存物种均在最近100万年内出现。尽管时间短暂,它们已适应了从潮湿高地森林到干燥低地等多种岛屿环境。其外观差异巨大:从低矮灌木到高大乔木,叶片从宽大完整到小型深裂,形态各异。
裂叶被认为有助于植物应对炎热干燥环境,通过减少水分流失和促进散热来适应。然而,此前科学家并不清楚这一性状在遗传层面是如何产生的。研究团队对全部已知Scalesia物种进行了全基因组测序,结果令人惊讶:裂叶特征在演化树上多次独立出现,且每次都由不同的基因驱动。
“更令人意外的是,尽管这些基因都属于控制叶片发育的同一生物系统,但每次演化出裂叶时,所动用的基因却各不相同。”Bieker解释道。这为平行演化提供了清晰的例证:自然界多次达成相同的解决方案,但通过不同的遗传路径。演化并非依赖单一的“主控基因”,而是调动整个相互作用的基因网络,通过调整不同组件来产生相似的结果。
研究还表明,这些植物的演化至今仍在进行。“同一物种内的不同种群显示出巨大的遗传差异,且长期相互隔离。这意味着新物种可能正在形成。许多Scalesia种群可能代表了尚未被正式描述的独特演化谱系。”通讯作者Michael D. Martin教授表示。
研究人员建议,应将每个隔离种群视为独立的保护单元,这一观点可能改变未来加拉帕戈斯生态系统的保护策略。他们的工作也详细展示了单一物种如何快速分化出多种形态。值得注意的是,达尔文本人在加拉帕戈斯期间也采集了大量植物标本,其中78种被鉴定为全新物种,包括四种Scalesia。