其他
一个岛，四十年，陪你一起见证进化到天荒地老
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。
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。
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。
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。
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。
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？
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
点击标题 查看往期回顾