研究人員正在精確定位達爾文雀不同喙背後的基因——這些標誌性的鳥類，其面部差異已成為查爾斯·達爾文自然選擇理論的經典例證。
去年，研究人員確定了一個基因，該基因有助於決定鳥喙的形狀。今天在《科學》雜誌上，他們報告了另一個控制喙大小的基因。在2004-05年期間，研究人員觀察到，在乾旱蹂躪達爾文雀棲息的加拉帕戈斯群島期間，該基因的變化導致了進化上的變化。為了避免與另一種雀類競爭食物來源，一個雀類的喙大小縮小了，它們的基因也相應發生了變化。
瑞典烏普薩拉大學的遺傳學家、該研究的作者之一萊夫·安德森說：“一個很大的問題是，‘是否有可能確定這種正在發生的進化背後的基因，即使是在自然種群中？’我們能夠確定直接在這次進化變化中發揮作用的基因。”
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故事始於大約兩百萬年前，當時所有達爾文雀的共同祖先到達了加拉帕戈斯群島。到1835年查爾斯·達爾文訪問時，這些鳥類已經分化成十幾種物種，每一種都適應不同的生態位。有些有巨大的喙來開裂種子，有些有精緻的喙來捕捉昆蟲，有些甚至有尖銳的喙來吸食血液。
為了研究這種變異的遺傳基礎，研究人員比較了代表六個達爾文雀物種的 60 只鳥的基因組，以及來自其他物種的 120 個樣本，以幫助他們理清系統發育關係。正如預期的那樣，親緣關係密切的物種具有最相似的基因組。
大小基因
但在那六個雀類物種中，基因組的一個區域與鳥的大小比與親緣關係的相關性更大。小型物種有該基因組區域的一種變異，大型物種有另一種變異，中型物種則有兩種變異的混合，這表明該區域中至少有一個基因影響大小。最有可能的候選者是HMGA2，已知該基因會影響其他動物的大小和麵部結構。進一步的分析表明，在達爾文雀中，HMGA2區域在控制喙的大小方面尤其重要。
然後，研究人員研究了HMGA2在一次戲劇性的進化事件中的作用。在 2003 年加拉帕戈斯群島遭受乾旱襲擊後，許多喙比平均水平大的中地雀（Geospiza fortis）因飢餓而死亡。它們無法與最近在島上定居並更擅長食用大型種子的大型物種（Geospiza magnirostris）競爭。乾旱過後，設法存活下來的中地雀的喙比那些死亡的雀類要小，這可能是因為它們更適合食用其競爭對手避開的小種子。
透過分析乾旱前後生活的中地雀的 DNA，研究人員發現，大喙HMGA2變體在因飢餓而死亡的鳥類中更常見，而小喙變體在倖存的鳥類中更常見。研究人員說，這種基因轉變可能導致了喙大小的縮小。
加拿大溫哥華不列顛哥倫比亞大學的進化生物學家多爾夫·施呂特說，這一發現為生物學家探索新的問題打開了大門，例如基因變異何時出現以及它們如何導致物種之間的分裂。
“一方面，它並沒有改變任何東西，因為我們已經知道在那次乾旱期間存在對競爭的進化反應，”施呂特說。“但另一方面，它改變了一切，因為我們可以指出這種變化的物質基礎。”
本文經許可轉載，首次發表於2016 年 4 月 21 日。