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娱乐潮汕暗宝开发代理 - 隐居海岛40年,生物学家夫妇跟踪了跨越8代的两万只雀鸟

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娱乐潮汕暗宝开发代理,格兰特夫妇

编者按:一切的一切都没有那个含情脉脉的眼神来得重要。

1973年,罗斯玛丽(rosemary)和丈夫彼得·格兰特(peter grant)第一次登上大达夫尼岛——加拉帕戈斯的一个小岛。他们没有想到的是,这里成了他们的第二个家。夫妇俩现在是普林斯顿大学的生物学荣誉教授。当年,他们想找一个原生态的环境,来研究物种进化。

而大达夫尼岛上的雀鸟多种多样,他们希望,能在这里发现新物种形成的奥秘。这个岛并不适宜人类过冬。它面积不到曼哈顿的百分之一,就像一个探出海面的火山口。

访客得从船上跳到火山口陡峭的边沿。

岛上植被稀疏,草本植物、仙人掌丛和矮树是各类雀鸟的食物来源,其中有小型、中型、大型地雀,仙人掌雀,及其他鸟类。格兰特夫妇带来了他们所需的水和食物,并在一个浅洞里烹饪饭菜,外撑篷布遮阳。

岛上有一块小小的平地,还没一张野餐桌大,他们就在这块地上露营。岛上虽不宜居,但唯独不缺研究成果。加拉帕戈斯的气候时而严重干旱,时而雨量丰沛,为强有力的自然选择创造了条件。

1983年的降雨量足有一米,1985年就滴雨不下。1977年,一场严重干旱导致岛上大量雀鸟死亡,也为格兰特夫妇的第一项重大发现作好了铺垫。

在旱期,个头较大的种子比小种子更为常见。而喙比较大的鸟类更容易嗑破大种子。结果,大型雀鸟及其后代顺利渡过旱期,岛上鸟类的平均体型也持续增长。格兰特夫妇亲眼看到了进化的发生。这一重大发现使夫妇俩走上了多产的研究生涯。

1973到2012年间,他们每年都要造访大达夫尼岛,并在岛上住几个月,有时还会带上女儿们。

在四十年的职业生涯中,夫妇俩标记的鸟约有两万只,跨越至少八代。(其中最长寿的活了17年。)

他们跟踪了几乎每一场交配及其所产生的后代,为不同的雀种建立起跨越多代的大型谱系。

他们采集血液样本,录制雀鸟的鸣叫声,因而在这些鸟死后,也能继续追踪遗传等因素。

他们证实了达尔文一些最基本的预测,并获奖无数,包括2009年的京都奖。

大达夫尼岛的面积还不足半平方公里。

如今,夫妇俩已年近八旬,去加拉帕戈斯也没那么勤了。

现在他们最感兴趣的,是将基因组工具应用到他们收集的数据中。40年来,他们追踪了岛上雀鸟鸟喙的大小和形状,记录下了其中的变化,现在他们正与其他科学家合作,寻找变化背后的基因变异。

以下是格兰特夫妇接受记者采访的内容,访谈内容经过编辑。

当初为什么要去加拉帕戈斯?为什么会选择雀鸟作为研究对象?

罗斯玛丽·格兰特:我的背景偏基因学,彼得偏生态学,但我们都对同一个过程感兴趣,那就是物种形成的方式和原因。我们都想选一个多样性的种群,又得是在自然环境下。加拉帕戈斯群岛有几个重要特点。这些岛屿非常年轻,岛上生活着很多不同种群的雀鸟,不同岛屿之间相互隔离。这些岛屿几乎是原生态的,从没有人类居住过。

所以可以确知,任何改变都是在自然状态下发生的,不是人类干预的结果。加拉帕戈斯群岛气候多变。它横跨赤道,受厄尔尼诺-南方涛动现象的影响,有时连年多雨,对雀鸟生存十分有利;有时则连年干旱,导致雀鸟大量死亡。现在我们知道,干旱时期,在较小的岛屿上,八九成的雀鸟都会死去。借助这些极端气候,我们得以去衡量气候的改变,以及这些改变对物种进化的影响。

彼得·格兰特:我们怀揣着三个问题。第一,新物种是如何形成的?这是达尔文的物种起源问题。第二,物种之间会不会竞争食物来源?如果会,这对动物群落的结构有何影响?这是上世纪80年代初的一个热点议题。当时的实验证据非常有限,所以观点多种多样。第三,为什么一些种群在体型和喙的大小方面差异悬殊?

第一次登上小岛是什么感受?

彼得:很难形容,既兴奋又五味杂陈——终于抵达了自己魂牵梦绕的陌生之地,笨拙地爬上悬崖,然后看着船只离去,知道自己被留在荒无人烟的岛上。非常难忘的经历。

你们第一次有重大发现,是在1977的一场大旱之后,当时发生了什么?

彼得:我的一个学生在岛上工作,因为鸟都死了,心里郁闷,来信述说这次实地考察的惨淡光景。

但我们想,若要理解鸟类为何是现在这样的形态和体型,这种环境可能至关重要。那是第一缕曙光。1977年末,我们带着两个女儿回到岛上。一家人一起,地毯式地搜索了岛上所有的鸟类,包括活鸟和死鸟。我们发现,死掉的基本都是喙形较小的鸟类。大喙的中型地雀相对短喙雀鸟来说,有着生存优势,因为它们能吃到体型较大的种子。再看生存下来的鸟类的后代,它们也都和亲代一样,拥有较大的喙。喙的大小发生了进化。

这是自然选择下发生进化的明证。

1995年,彼得·格兰特在大达夫尼岛上。

你们见证了进化的发生,这是不是人类历史上的首次?

彼得:是的,但要加一个条件——在自然环境下。之前,科学家就证明过杀虫剂耐受性和细菌感染耐受性的进化。但在自然环境下,就持续变异的、具有重要生态意义的性状而言,这是我们首次观察到进化。

罗斯玛丽:原生态环境的重要性就体现在这里。我们知道,它没有受到人类的任何影响。

1981年,你们发现了一只与众不同的雀鸟,并将它命名为“大鸟”。它特殊在哪里?

罗斯玛丽:大鸟登陆达夫尼岛的时候,我们抓住它,并提取了血样。结果显示,它极有可能是基因渗入的结果,即中型地雀和仙人掌地雀杂交的后代。它又与其中一个亲代的个体进行了回交。大鸟与两只中型地雀回交,所生后代形成了一个谱系。2003至2005年间,大达夫尼岛又发生了一场大旱。大鸟谱系中死得只剩下一雌一雄(互为兄妹或姐弟)。两者交配产生了26个后代。活到繁殖年龄的只有9个,其中一母一子、一父一女相互交配,其余兄弟姐妹间交配,产生了一个严重近交的谱系。

它的重要性体现在哪里?大鸟变成了一个新物种的始祖?

彼得:在所有不同层面上,这个谱系的表现都完全不同。相比血缘最近的亲属,也就是中型地雀,其体型要大得多。它们的鸟鸣也是大达夫尼岛上前所未见的。它们在岛屿的一角进行交配,比邻而居,但与其他物种的生活区域相互重叠。也就是说,大鸟和其他物种完全无视对方的存在。

大鸟于1981年抵达大达夫尼岛。后来,它的谱系构成了一个新物种。大鸟留下了一个世代相传的遗传标记。在大旱中幸存下来的一雌一雄各带一个这样的标记,它们的后代也都带有这一标记。

大鸟谱系的出现有没有出乎你们的意料?

罗斯玛丽:我们经常推论,如果带有其他物种基因的鸟类飞到另一个岛上,且这个岛的生态条件不同,自然选择过程就会把它们塑造成新的物种。只是没想到,我们会亲眼看到它的发生。

大鸟能促进新物种的产生,这对我们对杂交的认识有何启发?

彼得:多年以前,人们认为,当种群之间杂交时,基因的交换只会造成种群融合。这几乎是一种破坏性的力量,会阻碍新物种的形成。但大鸟的例子告诉我们,杂交也能催生新物种。人们在蝴蝶研究中也有类似发现。一些蝴蝶种群是另外两种蝴蝶种群杂交产生的。

罗斯玛丽:把两种基因组放在一起,你能得到一种新的基因组合。然后,自然选择过程可以作用于新种群,使之进入新的发展轨道。有的种群会凋零,有的会产生极为多样性的后代。

一些个体会进入新的环境,或者原来的环境发生了变化。而它们的优势可能会在那些环境中得到体现。

1994年,罗斯玛丽·格兰特在大达夫尼岛上。

我们知道,现代人类之中,一些基因就来自尼安德特人,我们因此获得了一些免疫上的优势。在雀鸟中,我们也观察到了同样的现象。

在大达夫尼岛期间,你们目睹了一群新的雀鸟迁移到这个岛屿。这个现象的有意思之处在哪里?

彼得:1982年的厄尔尼诺现象造成大量降雨,从另一个岛屿飞来的五种大型地雀都留在大达夫尼岛上繁殖。它们的种群数量增长很慢,对其他雀鸟种群的影响也十分有限。但2003年的大旱开始后,它们的数量已经足以对食物供应造成重大影响。

大型硬壳种子越来越少,大型地雀与当地的中型地雀为此展开激烈争夺。结果,平均而言,中型地雀的喙开始逐渐变小,两个物种之间的差异逐渐拉大。

达尔文称之为“性状趋异原则”,即在自然选择作用下,喙的大小等性状差异越来越明显。当此前不在一处的两个物种来到同一个地方,并为食物竞争时,便会出现这种现象。

通过这种现象,不同物种得以共存,而不是其中一个物种因竞争失败而灭绝。我们首次全面而有力地论证了这一过程、它的成因,以及自然选择所起的作用。

过去40年间,我们对进化的理解不断改变,但改变最大的是什么?

彼得:通过我们以及其他人的研究,我认为,人们对进化速度的认识发生了改变。

进化过程比人们想象中快多了。我们刚起步的时候,你要是说可以在一代人的时间里观察到物种的进化,就比如看着某种鸟类的喙形变尖,这是不大有人相信的。人们原以为,自然选择是一种潜移默化的过程,几乎无法衡量,而现在,这种观念被推翻了。

格兰特夫妇在普林斯顿大学。

我们对“物种形成”的理解有何改变?

罗斯玛丽:传统观念认为,物种形成大体分为三步。

首先,迁移到新的区域。然后,由于生态条件发生变化,物种经自然选择发生改变。接下来,又迁移到另一个区域。

由此迁移、改变、扩散,直到两个物种再次接触。我们的研究显示,这种模型确实成立。但我们也证明,物种形成还有其他途径,比如基因从一个物种流入另一个物种。

大鸟谱系中就出现了这种现象,丽鱼和蝴蝶中也有。物种形成的途径其实有很多种。

基因组学对该领域有何影响?

彼得:得益于基因组学的帮助,我们对进化和物种形成的理解正在经历巨变,跟我们起步时已大不相同。现在,进化过程有了基因学作为支撑,以前,我们只能从形态学上加以推断。

罗斯玛丽:真正的重大突破是全基因组测序。我们正同瑞典遗传学家合作,他们负责给雀鸟基因组测序。我们对此非常兴奋。

2003-2005年的旱情是自然选择中的大事件,对旱情发生前的物种,以及后面生存下来的物种,我们都进行了采血。我们发现,一种名为hmga2的基因极为重要。

这个基因有两种表现形式。一种与大体型有关,一种与小体型相关。我们可以证明,当时的自然选择对大体型不利,对小体型有利。

彼得:这两种基因型的出现频率发生了重大改变——与小体型相关的基因型增加了。在发现这一现象之前,我们也完全有理由认为,这其中发生了进化,但基因研究为我们提供了确凿的证据。所以我们才如此激动。

罗斯玛丽:如果你在野外掌握了种群的实际情况,基因组测序就大有用武之地了。若两者结合,成效将非常显著。而我们有幸做到了。我们一直在保留血样和鸟鸣录音,以便日后回溯。

希望将来,人们能把基因组工作和实地考察结合起来,看到这样做的重要性。

你们最想探索的新问题有哪些?

彼得:大鸟谱系的研究。我们想寻找基因学上的支撑。我们正在等数据出炉。

一开始,你们没打算在岛上花那么多时间吧?

彼得:人们开始做长期研究的时候,都没有那样的打算。但我们很幸运,一开始就有所收获。

你们还打算重访大达夫尼岛吗?

罗斯玛丽:经过40年的工作,现在我们已经放慢了脚步,不过还是会回去。

彼得:世界上最长寿的人活了122岁。所以我们还有40年时间。

翻译:雁行

来源:quanta magazine

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