達爾文的遺產

1858年，博物學家華萊士（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生的變化，也是關於新物種是如何被創造的。

物種能適應新環境，因爲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。經過數代的努力，適應得最好的個體通常會更頻繁地傳遞它們的基因。這可能導致物種的變化，也可能產生新物種，因爲原始物種的不同羣體有可能以截然不同的方向進化。

現在，科學家對進化是如何發生的，以及幾個物種是如何從一個物種進化而來的細節有了更深入的瞭解。在過去幾年裡，遺傳研究取得了長足的進步。科學家可以比以前學到更多的東西，不僅是關於生物本身，還包括生物的“前身”是什麼樣子。

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羣島旅行時見過的一種植物——詹姆斯島樹菊（Scalesia atractyloides Arn.），在它的基因中發現了無可辯駁的島嶼效應（island syndrome）的證據，並追溯到了它的原始物種身上的部分細節。論文已發表在《自然·通訊》上。

進化的島嶼效應

島嶼對於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，與這相關的現象就被稱爲島嶼效應。

對於一些物種來說，島嶼效應的一種表現是體型變得更小。比如，北極斯瓦爾巴羣島上的馴鹿比它們生活在挪威南部的近親要小一些，這種適應可能與偏遠的北極島嶼的惡劣氣候和有限的營養食物有關。生活在北美島嶼上的矮猛獁象也出現了類似的適應性，但它們在近4000年前就滅絕了。

北極斯瓦爾巴羣島的馴鹿。（圖／Brage Bremset, NTNU）

除此之外，適應島嶼最有名的例子一定少不了加拉帕戈斯羣島的生物。在達爾文的那次著名的環球之旅中，他從加拉帕戈斯的幾個島嶼上收集了大量生物標本，也最終啓發他發展出了進化論。其他科學家後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，它們主要通過適應環境中的不同生態位而相互區別。

這些鳥有着不同的歌鳴方式，有的以昆蟲爲食，有的則是“素食主義者”，有的喙比較長，有的則更短，這全都取決於什麼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。鳥類遺傳上的細微變化產生了各種各樣的物種。因此，達爾文雀也常常被稱爲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的島嶼上不受干擾地發展，幾乎不存在來自遙遠大陸的遺傳貢獻。在加拉帕戈斯豐富的植物圈裡，有一類特別的植物被稱爲植物界的“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羣島的特有物種，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，在遙遠的過去的某個時刻來到了這個羣島。後來，它們的後代佔據了幾個生態位和完全不同的棲息地，並逐漸發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。它的拉丁學名是Scalesia atractyloides Arn.，也被稱爲詹姆斯島樹菊。這是一種極危的矮樹，只生存在加拉帕戈斯的詹姆斯島（又稱聖地亞哥島）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，非常詳細地瞭解了遺傳和基因序列。

他們發現了幾個與血管發育、生長、對鹽度的適應和開花時間有的變異。這些變異可能有助於原始物種能夠發展並傳播到環境中的不同角落。換句話說，它們反映了適應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方法，團隊成功回溯並勾勒出了這些植物最初的模樣。他們發現，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，這意味着，這種原始植物相當特別。

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，它們的染色體數量是正常植物的兩倍。這種雜交提供了大量的基因選擇，讓後代可以從中“自由發揮”。

詹姆斯島樹菊。（圖／NTNU）

瞭解島嶼進化的細節

研究在島嶼上進化的動植物，對於瞭解生物進化過程的實際運作方式極爲有用。研究人員表示，這是一個開始，讓他們逐步瞭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。

這項研究首次深入分析了植物爲適應島嶼環境而經歷的許多遺傳變化，讓我們深入瞭解了各種形式的生命的進化歷程。

#創作團隊：

編譯：Takeko

排版：雯雯

#參考來源：

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

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

#圖片來源：

封面圖：Sara Santacruz, NTNU

首圖：Brage Bremset Hansen, NTNU