物种演化会“停滞”吗？
图片来源：Sydney Dragon/维基百科
撰文 | 多纳非·科菲（Donavyn Coffey）
翻译 | 赵欢
在演化过程中，物种往往会发生巨大的变化。例如，如今在空中飞翔的鸟类，在数百万年前，曾是地球上没有翅膀的恐龙。然而，有一些生物，即使历经几亿年，似乎都不曾发生一点改变。例如今天的空棘鱼，与它们4.1亿年前的化石祖先几乎没有什么区别。
一直以来，科学家都在思考这些生物中的“活化石”如何顶住了自然选择的压力。一个主流的观点是“停滞悖论”（stasis paradox），该观点认为自然选择会维持某些较中性或“普通”的性状，从而使物种在演化过程中保持稳定的表型（这也被称为稳定选择），而不是选出更极端的性状，从而导致物种发生巨大变化（定向选择）。
但《美国科学院院刊》（PNAS）最近发表的一项研究反驳了这一观点，研究中提出，那些看似没有发生变化的动物，其实在不断演化出新的性状，从而提高短期存活率。但从更长的时间尺度来看，“这期间发生的所有演化过程都会彼此抵消，导致最终看起来仿佛没有变化。”该研究的第一作者、美国佐治亚理工学院的生物学家詹姆斯·斯特劳德（James Stroud）说道。
斯特劳德和同事对阿诺利蜥属（Anolis）的四种蜥蜴展开了研究，它们都生活在美国佛罗里达州费尔柴尔德热带植物园的一座小岛上，在两千万年间，几乎都没有发生过什么变化。在长达3年的研究过程中，研究人员每隔半年就会捕捉一些蜥蜴，测量其头部尺寸、腿长、重量、高度和脚蹼厚度，并关注哪些蜥蜴存活了下来。斯特劳德本以为在研究过程中会观察到稳定的自然选择过程，使物种保持稳定的特征。然而，他却观察到了明显的定向选择的迹象：比如，有一些蜥蜴出现了有助于其在短期内更好地生存的黏性脚趾特征。
每一代蜥蜴的“最佳存活特征”都在变化。例如在某些年份，更长的腿有利于其生存，但在另外一些年份，短腿又有利于其生存。选择的方向和强度波动很大，并且没有明显的变化模式。美国普林斯顿大学的演化生物学家罗斯玛丽·格兰特（Rosemary Grant）研究了达尔文雀中的停滞悖论现象，她认为这类变化或许是“在微观层面来回不断波动，没有一个固定的方向”。
这项新研究表明，自然选择偏向于每年不定向的极端特征，而非稳定的中性性状，因此这反驳了稳定选择理论。但美国斯坦福大学的生物学家深见正（Tadashi Fukami，音译）表示，这一结果“很好地解释了为何我们会把看到的这些性状视为稳定选择的结果。”很多新性状在短期内不断演变，但它们无法长期保持优势。换言之，处于稳定状态的物种或许只是发现了最佳的选择是不同性状都要兼顾，才能在环境中存活下来。
那么，当环境发生较大的改变时，这些物种会出现什么情况呢？为了解答这一更大的问题，斯特劳德仍将继续前往佛罗里达州，追踪更多蜥蜴后代的情况。
本文选自《环球科学》2024年2月刊
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