

科学家们通常认为自然选择是一个缓慢的过程,需要经过几代渐进式的改变才能显现。但是,正如今天在《自然》(Nature) 杂志上发表的一项研究表明,有时这种机制的运作速度会更快,尤其是在飓风等突发事件之后。随着人为气候变化导致这些灾害的频率越来越高,了解飓风如何影响登陆地区的物种至关重要。这项研究,很大程度上得益于良好的时机,为至少一个蜥蜴家族提供了证据,表明飓风可能会引发某些特征的快速自然选择过程。
2017 年,就在飓风“艾尔玛”抵达特克斯和凯科斯群岛前四天,生态学家科林·多尼休 (Colin Donihue) 对当地的蜥蜴 (Anolis scriptus,一种蜥蜴家族) 在两个偏远岛屿上的物种进行了调查。他当时正在研究入侵的黑鼠被根除前的蜥蜴的身体特征,他的团队计划在根除工作几年后返回,以观察蜥蜴是否发生了变化。但仅仅六周后,在飓风“艾尔玛”和紧随其后的飓风“玛丽亚”蹂躏了这些岛屿后,多尼休发现自己又回到了松树礁 (Pine Cay) 和水礁 (Water Cay),重复了他的调查。这次的目标是找出在飓风中幸存下来的蜥蜴之间是否存在共同的身体特征。
在这两个岛屿上,多尼休的团队沿着与最初研究相同的路线行走,他们发现,脚趾垫比平均尺寸大 6% 到 9%、后腿短、前腿长的蜥蜴才是能够坚持下来的。他的团队调查了大约 100 只蜥蜴。
多尼休和他的合著者认为,这是自然选择的证据——换句话说,是适者生存,它们会将自己的特征遗传给后代。多尼休说:“这是有道理的,尤其因为我们在两个岛屿上都看到了同样的模式。” 然而,由于该实验最初是为了在不同条件下研究几年内的变化,他们无法完全排除其他可能的解释,例如大脚趾蜥蜴是从其他地方被吹到岛上的。
在收集了实地数据后,研究人员对在风暴中幸存下来的蜥蜴进行了一些实验室实验,观察它们在飓风级别的风中是如何表现的,结果产生了一个当时网络上最奇特的视频之一(在发布时,这个蜥蜴的 GIF 已经吸引了全世界的动物爱好者)。他们观察到,蜥蜴会把自己放在避风的一侧,只是用前腿挂住。
不参与这项研究的蜥蜴进化生物学家玛莎·穆尼奥斯 (Martha Muñoz) 表示,如果正在发生自然选择,那么在单代蜥蜴中就应该能观察到基因的变化。她还表示,这项研究属于“精英俱乐部”,是偶然促成的科学研究。她补充说,这项研究还为科学家们近几十年才开始理解的现象提供了进一步的证据:“进化和自然选择是我们可以在野外、在非常短的时间内观察到的现象。”
飓风作为自然选择的原因,也可以解释过去半个世纪以来研究蜥蜴的研究人员注意到的一些其他观察结果。在中南美洲、加勒比群岛等地区生活着 400 多个品种的蜥蜴,它们被广泛研究。“蜥蜴生物学中长期存在一个谜团,就是为什么岛屿上的蜥蜴比生活在大陆上非常相似的物种拥有如此过分发达的脚趾垫,”多尼休说。“这次的飓风结果给了我们一个潜在的解释,来解答这个困扰了几十年的谜团。”
这一结果表明,对于那些间歇性遭受飓风侵袭的岛屿来说,可能存在一个更广泛的模式:这些零星的事件可能通过自然选择,在几代人的时间里塑造了生活在这些岛屿上的动物。“将这些微进化事件、这些微小的自然选择时刻与更大的宏进化模式联系起来的想法,确实是一个悬而未决的问题,”多尼休说。多尼休的合著者乔纳森·洛索斯 (Jonathan Losos) 说,这项研究“表明进化中存在我们尚未理解的另一个方面”。他说,这是首次表明飓风有潜力在一个物种内部驱动自然选择,而不仅仅是随意地消灭物种成员。
下一步将是弄清楚如何有目的地研究这类事件,而不是像这次一样偶然发生。为了确凿地证明自然选择正在发生,并且特定体型的蜥蜴存活率更高,需要对个体蜥蜴在飓风前后进行标记和研究,”他说。考虑到预测飓风路径和发生时间的难度,这需要一些努力,或许还需要一些运气,但这项研究表明,付出努力是值得的。