短短幾十代，模樣大不同。

美麗的科斯特群島（Koster Islands）位于瑞典西海岸，是瑞典陽(yáng)光最充足的地方之一，每年吸引著近 10 萬(wàn)名游客前來(lái)觀光。這里海風(fēng)輕拂、風(fēng)光秀麗，還盛產(chǎn)蝦、牡蠣、螃蟹等海鮮。

然而，即便是這樣美好的地方，也難逃生態(tài)危機(jī)。1988 年 5 月，一種有毒藻類——多鱗金色藻（Chrysochromulina polylepis）突然爆發(fā)式繁殖，對(duì)當(dāng)?shù)睾Ｑ笊镌斐蓢?yán)重沖擊，廣泛分布于北大西洋沿岸的巖石玉黍螺（Littorina saxatilis）就是其中一種。它們的數(shù)量驟然銳減，一些小島上的種群甚至直接滅絕。哪怕 4 年過(guò)去，有些地方依然難覓它們的蹤影。

1992 年，瑞典哥德堡大學(xué)（University of Gothenburg）的海洋生態(tài)學(xué)家謝斯廷·約翰內(nèi)松（Kerstin Johannesson）提出：能否將巖石玉黍螺重新引入那些它們已經(jīng)滅絕的小島？就這樣，一項(xiàng)長(zhǎng)達(dá) 30 年的生態(tài)實(shí)驗(yàn)悄然開啟。

令人驚喜的是，除了恢復(fù)種群，這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)還揭示了一個(gè)更大的發(fā)現(xiàn)——演化可以快得驚人。短短幾十年，甚至在更短的時(shí)間內(nèi)，巖石玉黍螺竟已發(fā)生肉眼可見的變化。這項(xiàng)研究成果近期發(fā)表于《科學(xué)·進(jìn)展》（Science Advances）。

海浪與螃蟹

巖石玉黍螺通常生活在兩種截然不同的環(huán)境中：一種是螃蟹密集的海岸，另一種是螃蟹稀少但海浪猛烈的迷你巖石小島。不同環(huán)境造就了不同的生存策略，棲息在這兩種環(huán)境中的巖石玉黍螺，也在體型、殼形、殼色甚至行為上展現(xiàn)出了明顯差異。

生活在螃蟹眾多區(qū)域的巖石玉黍螺，被稱為“螃蟹生態(tài)型”（Crab ecotype）：它們體型較大，殼厚且堅(jiān)固，殼口狹小而細(xì)長(zhǎng)，殼面大多沒(méi)有圖案；而且為了躲避捕食者，它們的行為也更為謹(jǐn)慎。相反，生活在浪濤拍打區(qū)域的“海浪生態(tài)型”（Wave ecotype）則顯得輕巧許多：它們體型較小，殼薄、殼口寬大而圓，殼上常帶有獨(dú)特的色彩和圖案，行為也更大膽。在科斯特群島，這兩種生態(tài)型的巖石玉黍螺都存在，甚至可能在同一座小島上比鄰而居，或僅相隔幾百米的海域。

“螃蟹生態(tài)型”和“海浪生態(tài)型”巖石玉黍螺生活在不同的環(huán)境（圖片來(lái)源：原論文）

正是在這樣的背景下，約翰內(nèi)松開啟了她的實(shí)驗(yàn)。她打算將“螃蟹生態(tài)型”的巖石玉黍螺引入一個(gè)原本屬于“海浪生態(tài)型”的棲息地。換句話說(shuō)，她想看看，當(dāng)一群原本適應(yīng)螃蟹環(huán)境的玉黍螺，被放入強(qiáng)浪拍打的陌生環(huán)境中，會(huì)發(fā)生什么？

1992 年 5 月，約翰內(nèi)松等人從螃蟹密集的海岸線上采集了大約 700 只“螃蟹生態(tài)型”的成年巖石玉黍螺。離這片海岸線僅 320 米處，有一塊僅約 3 平方米大的海中巖石小島，上面原本的玉黍螺種群也一直未能恢復(fù)。而這座小島距離最近一處仍棲息著“海浪生態(tài)型”玉黍螺的島嶼，也相隔了約 160 米。

圖 A：科學(xué)家移植了“螃蟹生態(tài)型”巖石玉黍螺的海中巖石小島；圖 B：科學(xué)家從采集“螃蟹生態(tài)型”玉黍螺的區(qū)域拍攝的海中巖石小島；圖 C：科學(xué)家采集“螃蟹生態(tài)型”玉黍螺的區(qū)域距離海中巖石小島約 320 米，而小島距離最近一處仍棲息著“海浪生態(tài)型”玉黍螺的島嶼約 160 米；圖 D：“螃蟹生態(tài)型”和“海浪生態(tài)型”玉黍螺樣本（圖片來(lái)源：原論文）

這座孤零零的小島成了實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)場(chǎng)。研究人員將那 700 只成年螺移植到島上，等他們一個(gè)月后再回來(lái)查看時(shí)，發(fā)現(xiàn)只剩下了大約 50 只。當(dāng)然，或許也有一些肉眼不可見的幼體已經(jīng)被釋放到了小島上。從那以后，研究團(tuán)隊(duì)開始不定期返回小島采樣。這些螺每年可繁殖一至兩代，因此 30 年下來(lái)，大約經(jīng)歷了 60 代的演化過(guò)程。

令人驚訝的是，移植來(lái)的玉黍螺很快就顯現(xiàn)出了對(duì)新環(huán)境的適應(yīng)性。研究人員表示，他們觀察到的大部分變化甚至在最初的 3 年內(nèi)就完成了。而 30 年過(guò)后，小島上的巖石玉黍螺更是發(fā)生了天翻地覆的變化。它們變得更像“海浪生態(tài)型”：殼口更寬、殼體更薄更光滑，顏色也更加豐富，近一半螺殼上出現(xiàn)了紋路。如今，它們與附近島嶼上的“海浪生態(tài)型”種群幾乎難以區(qū)分。

30 年間，巖石玉黍螺發(fā)生的變化（圖片來(lái)源：奧地利科學(xué)技術(shù)研究所）

除了外形上的顯著變化，這些巖石玉黍螺的基因組也發(fā)生了與研究人員預(yù)期一致的調(diào)整：它們的染色體中出現(xiàn)了許多在“海浪生態(tài)型”中更常見的基因倒位。研究人員指出，這些遺傳特征并非憑空演化而來(lái)。畢竟，對(duì)于一個(gè)種群來(lái)說(shuō)，如果個(gè)體數(shù)量有限、世代更替速度較慢，從頭演化出全新的適應(yīng)性特征通常需要很長(zhǎng)時(shí)間，因?yàn)樵诙虝r(shí)間內(nèi)很難積累足夠多的有益突變。

那為何這些玉黍螺能在短短幾十代內(nèi)發(fā)生如此顯著的改變？研究人員認(rèn)為，可能有兩方面因素。一方面，他們最初采集“螃蟹生態(tài)型”個(gè)體的區(qū)域，附近就分布著大量“海浪生態(tài)型”種群。因此，基因流動(dòng)可能早已悄然發(fā)生，導(dǎo)致這些“螃蟹生態(tài)型”個(gè)體也攜帶了一些與海浪適應(yīng)相關(guān)的等位基因，只是比例較低。另一方面，附近其他島嶼上的“海浪生態(tài)型”個(gè)體也可能漂流至這座巖石小島，帶來(lái)了新的遺傳變異。

如今，這座曾經(jīng)荒蕪的小島已重新被玉黍螺占據(jù)，它們的種群數(shù)量增長(zhǎng)至約 1000 只，成為了一個(gè)穩(wěn)定而繁榮的新群體。這個(gè)實(shí)驗(yàn)也為我們揭示了一個(gè)重要事實(shí)：在面對(duì)環(huán)境劇變時(shí)，物種的快速演化并非遙不可及，它可以在短短幾十代之內(nèi)快速發(fā)生。

事實(shí)上，人類活動(dòng)也在改變物種的演化進(jìn)程。這也給我們帶來(lái)一個(gè)值得思考的問(wèn)題：人類改造地球的速度如此之快，留給這些生物的時(shí)間還夠嗎？

參考文獻(xiàn)

[1]https://en.wikipedia.org/wiki/Koster_Islands

[2]https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adp2102

[3]https://ista.ac.at/en/news/evolution-in-real-time/

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來(lái)源丨環(huán)球科學(xué)（ID：huanqiukexue）

責(zé)編丨鐘艷平

審校丨徐來(lái) 林林