从进化的角度来看，每一个入侵物种都非同寻常。将一个生物从它已经数百万年专门进化以生存的本地栖息地中移出，将其抛到一个新的地方，然后——巧合的是——它却蓬勃发展。更神奇的是：入侵物种通常以最初的数量稀少到达新环境，携带的遗传多样性远少于它们的原产地。遗传多样性的下降，被称为“遗传瓶颈”，意味着在面对挑战时适应性和灵活性的潜力减小。
这就是入侵的遗传悖论；数量稀少、遗传同质的生物群体，远离家园，却能成为普遍的害虫。例如，著名的甘蔗蟾蜍案例，它们被引入澳大利亚以试图控制啃食甘蔗作物的昆虫，但很快就变成了自身不断扩大的威胁。
显然，许多入侵物种尽管面临进化障碍，却设法生存下来，而甘蔗蟾蜍并非唯一扰乱澳大利亚生态系统的入侵者。一项对一种叮咬、嗡嗡作响的环境威胁的新研究，为我们如何以及为何能做到这一点提供了一些见解。
令人惊讶的选择
在 2 月 29 日发表于《Current Biology》杂志的一项研究中，科学家们记录了亚洲蜜蜂（Apis cerana）在澳大利亚的传播，并分析了入侵种群的遗传历程。他们发现，现在遍布澳大利亚东北部数万个蜂巢的蜜蜂，很可能起源于 2007 年左右引入昆士兰州一个港口的一个蜜蜂种群（一只繁殖蜂王和她的工蜂）。尽管存在极端的初始遗传瓶颈，但在短短 10 年内，这些昆虫通过自然选择开始重新多样化并适应其外来栖息地。研究表明，一只蜂王拥有足够的遗传多样性来启动一个完整、可行的种群。“我们的数据支持这样一种观点，即遗传瓶颈可能对适应潜力影响甚微，”研究作者写道。
“我们没想到会发现选择，”主要研究员、多伦多约克大学的生物学家Kathleen Dogantzis说。通常，自然选择模式需要很长时间才能显现。“人们普遍认为，种群需要更长的时间来适应新环境。但我们能够证明，在很短的时间内——在这 10 年期间——基因组的某些区域正在为蜜蜂的种群增长做出贡献，”她解释道。
约克大学生物学教授、共同资深作者 Amro Zayed 说：“尽管遗传多样性非常少，但这些昆虫设法利用它们带来的东西作为适应的基础。”
伊利诺伊大学昆虫学教授 Andrew Suarez 研究生物入侵，他本人未参与这项新研究，他认为这项研究“是一个很棒的故事，并且极其富有洞察力”。Dogantzis、Amro 和他们的同事不仅能够找出入侵蜜蜂令人惊讶的、可能的起源，还重点关注了这些昆虫在澳大利亚正在经历哪些具体的基因变化。研究表明，选择似乎作用于与社会结构、繁殖和觅食有关的蜜蜂基因。这些发现说明了实时的进化过程，展示了这些蜜蜂在其新栖息地面临的压力以及它们如何应对。“我很高兴看到这一点，”Suarez 补充道。
入侵物种的起源
亚洲蜜蜂原产于亚洲广阔的地区，从阿富汗到日本。在它们的家乡，它们是重要的授粉者，也是生态网络的重要组成部分。但在澳大利亚，这些蜜蜂并非本地物种，它们可能与本地昆虫、鸟类和哺乳动物争夺花源，并占用本应为本地物种提供重要栖息地的树洞筑巢。亚洲蜜蜂还威胁着用于提高农业产量的欧洲蜜蜂的人工饲养蜂群。
离澳大利亚最近的原产地在印度尼西亚，但人们在 20 世纪 70 年代将这些昆虫带到了新几内亚，用于蜂蜜生产和农业目的。而根据这项新研究，这就是那个抵达昆士兰海岸的蜂群的来源。研究人员比较了来自印度尼西亚原产地、新引入的新几内亚种群以及入侵的澳大利亚蜂群的基因组序列，发现澳大利亚和新几内亚的蜜蜂关系最密切。
蜜蜂的繁荣
从那时起，Amro、Dogantzis 和他们的合作研究人员研究了从 2008 年到 2018 年澳大利亚蜜蜂的整个基因组是如何逐年变化的，当时这些昆虫的数量激增至估计的 10,000-50,000 个种群。通过多步分析，他们确定了 481 个微小的遗传变异（称为单核苷酸多态性或 SNPs），这些变异可能对蜜蜂的生存产生重大影响，并似乎正在经历正向选择。换句话说，这 481 个基因的改变以一种非随机的模式在种群中传播，这表明它们对蜜蜂是有益的。其中 471 个变异可以追溯到印度尼西亚或新几内亚的蜜蜂种群——这表明几乎所有这些适应性都由澳大利亚的第一个蜂群携带，而只有少数可能是新突变的结果。
利用经过充分研究的欧洲蜜蜂基因组作为参考，科学家们能够预测这些 SNPs 的功能。他们发现，其中一些基因与繁殖、蜜蜂的社会等级发育和觅食行为有关——这些性状很可能对在新的环境中生存和管理至关重要。“即使在失去大部分遗传多样性的情况下，一个物种也能非常迅速地适应，”共同资深作者、悉尼大学的进化生物学家Ros Gloag说。“这是因为即使在多样性较低的情况下，自然选择也能找到*可*利用的东西，”她补充道。
限制和可能性
这些发现本身可以或应该被广泛推广的程度存在一些限制。首先，Zayed 说，“我们只能观察到成功的入侵，”这意味着存在固有的数据偏差。没有人知道在导致成功入侵的那个蜂群之前，有多少个亚洲蜜蜂种群抵达了澳大利亚。因此，尽管一个种群有可能繁殖和多样化，但这肯定不应该成为保护工作的期望，他补充道。此外，蜜蜂和其他社会性昆虫在定居新栖息地方面具有某些优势。蜂王可以与多只雄蜂交配并储存精子，不断产下反映多种父系多样性的卵。蜜蜂和蚂蚁繁殖速度快——一只蜂王一天可以产下数千个卵。而群居结构意味着获取资源和抵御危险更加容易。
然后，正如未参与这项新研究的密歇根大学进化生物学助理教授 Natalie Hofmeister 所说，研究人员的遗传分析存在固有的局限性。她解释说，这种方法可以检测模式并提出可能的关联，但不能证明基因变化的因果关系。Hofmeister 进一步指出，研究人员使用的方法并非为检测快速进化变化而开发，虽然不太可能，但 481 个 SNPs 并非选择的结果。
尽管如此，她说：“这是一项优雅的研究”，它增加了关于生物引入进化方面日益增长的研究，并提出了许多值得测试的未来假设。为了更好地防范未来的物种入侵并了解哪些动物比其他动物更能成功，我们需要跨物种进行更多此类研究，Hofmeister 说。
Suarez 表示同意。他认为，在多个时间点查看整个基因组的策略“非常令人兴奋”。尽管物种入侵带来了许多环境弊端，但一线希望是它们提供了研究进化过程的独特机会。他认为，这项研究不仅阐明了一个特定的昆虫入侵是如何展开的，还增进了我们对生物可能性的更广泛理解，以及如何评估未来物种引入的风险——仅仅一个种群就可以催生一个完整的种群。Suarez 说，这些知识可能有助于那些试图控制有害动物传播的人和那些寻求拯救种群数量日益减少的濒危动物的保护主义者。“通过这种方法，我们可以从生物学的各个方面学到很多东西，”他说。
