科学家用上千只蜥蜴 解释了演化中的一个重大悖论(图)

詹姆斯·斯特劳德正在用套索捕捉蜥蜴（图片来源：Day's Edge Prods）

来源 | GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY

翻译 | 朱心怡

审校 | 冬鸢

达尔文曾说演化是不断发生的，其结果是适者生存。但是当时有很多人不赞成这个观点。他们提出质疑，如果演化总是使物种改变，那么为什么两个在同一地点发现的相隔五千万年的同一物种化石，会看起来一模一样呢？

过去的40年一切都发生了变化，大量的相关研究证明，演化过程可以发生得很快，并且也确实发生得很快。即使物种仅经历了一代的繁殖，也可能发生明显的演化。这些发现令演化生物学家感到振奋，但这些发现也增强了上述悖论：如果演化可以发生得如此之快，那么为什么地球上的大多数物种在数百万年里能够一直保持不变?

这便是停滞悖论 (paradox of stasis)。美国乔治亚理工学院生物科学学院助理教授詹姆斯·斯特劳德对此展开了调查。他在一个蜥蜴群体中开展了一项长期研究，以观测物种在野外的演化过程。通过这项研究，他貌似找到了这个在进化论中堪称最大挑战之一的问题的答案。

他的研究作为封面发表在了《美国科学院院刊》（PNAS）上。

“我们之所以称其为悖论，是因为它很不合理。”斯特劳德说，“对此最常见的解释就是，假定一个物种的性状趋近平均水平更利于它们生存，自然选择就能够稳定这个物种的性状。但是问题在于，研究者在野外研究中几乎从来没有真正发现过这种“使物种性状稳定”的自然选择。”

捕捉蜥蜴

斯特劳德在美国佛罗里达州科勒尔盖布尔斯费尔柴尔德热带植物园的一个小岛上对四种蜥蜴进行了研究。他在五个连续的时间段内捕捉和监测了岛上每只蜥蜴的生存情况，从而观测了自然选择对这四种蜥蜴的作用。

斯特劳德和他的同事们夜以继日地搜寻蜥蜴。他们在长鱼竿的顶端系上小套索捕捉蜥蜴，轻轻地套住蜥蜴强壮的脖子，把它们放在冷却器里，并记录下每只蜥蜴被捕捉时所在的树枝或树桩。

回到实验室，斯特劳德测量了蜥蜴的头部、腿部、脚部、体重，甚至是它们脚趾的厚度。研究人员给每只蜥蜴编号，并在它们的皮肤下做了小标签，之后他们把蜥蜴放回原来发现它们的树枝上。接着他们又去捕捉剩下未被测量的蜥蜴。


测量蜥蜴（图片来源：Day's Edge Prod）

在三年内，斯特劳德和他的团队每隔六个月就会重新开始这个过程：捕捉相同的蜥蜴，测量它们，然后放生，并记录蜥蜴的生存和死亡情况。

用千只蜥蜴找到的答案

通过整合每个时间段的数据，斯特劳德获得了这个群落中每只蜥蜴的演化史。之后他结合生存数据与身体特征的变化，分析蜥蜴的哪一个身体特征是影响生存的重要预测因素。这些分析能够显示自然选择如何作用于整个群体。

令斯特劳德惊讶的是，他发现稳定的自然选择，即维持一个物种趋于平均的特征，是极其罕见的。实际上随着时间的推移，自然选择的方向发生了巨大的变化。有些时间段内腿长的蜥蜴会活得更好，而另一些时间段内腿短的蜥蜴会活得更好。而在另一些时候，自然选择根本没有明确的模式。

“最令人惊讶的结果是随着时间的推移，自然选择是极其多变的。”斯特劳德说，“我们经常看到从一年到下一年，自然选择的方向完全改变。但是当结合成一个长期的模式时，所有这些变化都有效地抵消了：物种在整个时期内都保持着非常相似的特征。”

斯特劳德的发现是前所未有的。之前从来没有研究如此细致、深入地了解自然选择是如何影响群体层面的。

其中一种蜥蜴（图片来源：Day's Edge Prod）

科学家们之所以一直不明白演化如何在群体层面上起作用，是因为像斯特劳德做的这样的长期研究很少。研究人员不太可能会做这样的项目，因为这需要耗费大量的工作精力和时间。

“演化可以而且确实在持续发生，但这并不一定意味着物种在长期内会不断变化，”斯特劳德说，“现在我们能够知道，即使动物看起来保持不变，演化也仍在发生。

斯特劳德认为，理解演化对我们了解地球上的生命至关重要。

“了解演化不仅能够帮助我们认识周围的植物和动物，以及它们是如何在世界各地分布的。”他说，“它还向我们展示了生命是如何在人类主导的世界中存活下去的。

很少有研究在长时间尺度下观测演化是如何在野外发生的。斯特劳德认为，这就是为什么我们对演化存在偏见。

“很长一段时间以来演化生物学家一直试图弄清楚停滞理论背后的矛盾。”斯特劳德说，“这项研究表明答案可能并不特别复杂——前提是我们需要在野外进行足够长时间的研究。”