在科羅拉多州柯林斯堡的一個 -18°C 的保險庫中，超過 500 萬顆種子被凍結在時間中——它們將等待長達 50 年，直到進化科學家獲得許可對它們進行實驗。
與大多數旨在保護生物多樣性的種子庫不同，“基線專案”旨在精確、可控地研究植物如何響應氣候變化和環境退化而進化。這些種子取自美國大陸各地的約 250 個地點，並儲存在美國農業部的一個設施中，代表了大約 60 個物種。
在美國國家科學基金會 (NSF) 提供的 130 萬美元資助下，科學家們於 2012 年開始認真收集種子。他們小心地在各種環境中採集樣本，並涵蓋了多種植物型別，從普通的蘿蔔（Raphanus sativus）到標誌性的約書亞樹（Yucca brevifolia）。
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該專案首席研究員、明尼蘇達大學德盧斯分校的植物生物學家朱莉·艾特森說，收集階段現已完成。今年早些時候，她和她的同事在《美國植物學雜誌》上發表了一篇論文，向社會介紹了“基線專案”(J. R. Etterson et al. Am. J. Bot. 103, 164–173; 2016)。
為了找出物種是否在響應氣候變化等人類壓力而進化，科學家們之前觀察了生活在不同地點的相似物種之間的差異，或者研究了一個地點隨時間的推移，繪製了植物隨該地點變化的方式。但是，很難區分哪些變化是進化導致的——由於某些個體的存活，幾代人選擇了性狀——以及哪些變化是由於個體植物對不斷變化的環境做出反應的能力（稱為可塑性）導致的。
“基線專案”將允許科學家們在相同的條件下，將儲存的種子與那些被留下來進化的植物的種子並排種植：任何差異都可以歸因於進化。
“我認為這太棒了，”密歇根州立大學東蘭辛分校研究細菌進化的理查德·倫斯基說。“在某種程度上，博物館標本甚至天然種子庫允許科學家們今天進行這些比較，但並非以這種專案允許的深入、系統和周全的方式進行。”
可以探索的問題包括，一些植物與全球變暖相關的早期開花是歸因於進化還是可塑性，以及同一物種的不同種群之間的進化速率如何變化。基因測序將幫助研究人員發現哪些基因與被選擇的性狀有關。它還可以測試預測，例如低遺傳變異會增加滅絕率，以及進化是透過許多小的基因變化而不是少數大的基因變化發生的。“假設列表實際上只受想象力的限制，”艾特森說。
重獲新生
“基線專案”為被稱為“復活生態學”的領域注入了新的活力。它最著名的實驗孵化了自然儲存在湖泊沉積物中的無脊椎動物卵，並將後代與最近產下的卵的後代進行了比較。康奈爾大學伊薩卡分校環境科學家尼爾森·海爾斯頓實驗室的一個經典例子使用了來自中歐博登湖的沉積物，證明了水蚤（Daphnia galeata）已經迅速進化出對有毒藍細菌的耐受性(N. G. Hairston et al. Nature 401, 446; 1999)。
海爾斯頓說，由於“基線專案”積極地為未來的研究奠定基礎，而不是依賴於大自然過去封存的東西，它是一個“有遠見的專案”。
密歇根理工大學霍頓分校的生物學家、復活生態學的另一位先驅查爾斯·克福特指出，它確實假設在採集種子的地點將出現可觀察到的環境變化。但他說，由於氣候變化，這種差異是有保證的：“這是一群不否認氣候變化的人。”
科學家們何時將保險庫中的種子從停滯狀態喚醒還不清楚。“基線專案”首次徵集使用標本的提案計劃於 2018 年進行，艾特森說，第一批種子最早可能在 2020 年種植。她希望在退休前至少能親自使用這個專案一次。
研究人員說，與平均進化研究和平均 NSF 資助相比，時間尺度很長，但這使得“基線專案”與眾不同。“這真的不一樣，”資助該專案的 NSF 專案主管塞繆爾·謝納說，“但這正是如果我們打算研究全球變化所需要做的。”
本文經許可轉載，並於 2016 年 3 月 8 日首次發表。