進化可以帶來驚人的改變:例如,今天的空中鳴禽是由數百萬年前漫遊的無翅膀、陸生的恐龍進化而來的。但有些生物似乎變化甚微,即使經過漫長的歲月——腔棘魚,一種現代魚類,幾乎與它4.1億年前的化石同類完全相同。
長期以來,科學家們一直想知道這些物種是如何承受自然選擇的壓力的。對於這種“停滯悖論”,普遍的假設是自然選擇透過選擇中等或平均的特徵(所謂的穩定選擇),而不是選擇會導致物種變化的更極端的特徵(定向選擇),從而使某些物種保持不變。但是,一項發表在《美國國家科學院院刊》上的研究反駁了這一觀點,表明進化不斷地偏愛看似不變的動物身上不同的特徵,這些特徵可以提高短期生存能力。然而,從長遠來看,“所有這些進化都會相互抵消,導致沒有變化,”該研究的主要作者、佐治亞理工學院的生物學家詹姆斯·斯特勞德說。
斯特勞德和他的同事研究了四種變色蜥蜴物種,它們都在佛羅里達州費爾柴爾德熱帶植物園的一個小島上生活了2000萬年,相對沒有變化。研究人員每六個月捕捉這些種群的成員,持續三年。他們測量了每隻蜥蜴的頭部大小、腿長、體重和高度,以及其粘性腳趾墊的大小,並記錄了哪些個體存活下來。斯特勞德預計會觀察到穩定選擇在起作用,以保持中等特徵。相反,他看到了更清晰的定向選擇證據:一些具有獨特特徵的蜥蜴,例如更粘的腳趾,在短期內生存得更好。
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然而,在每一代中,“最佳”特徵都會發生變化——例如,長腿在某些年份有助於生存,而短腿在另一些年份則有助於生存。選擇的方向和強度波動如此之大,以至於有時沒有明顯的模式。普林斯頓大學進化生物學家羅斯瑪麗·格蘭特說,這種變化可能“在微觀尺度上來回發生,沒有淨方向性變化”,她研究了達爾文雀類中的穩定選擇。
由於這項新研究表明,自然選擇每年都偏愛極端特徵而不是中等特徵,因此其結果不支援穩定選擇理論。相反,它們為“為什麼我們看到我們認為是穩定選擇的情況提供了一個很好的解釋,”斯坦福大學研究進化的生態學家福卡米忠司說。許多新特徵在短期內不斷進化,但從長遠來看,它們並沒有提供至關重要的優勢。換句話說,處於停滯狀態的物種可能只是找到了在它們的環境中獲得持久成功的最佳特徵組合。
那麼,當一個靜態物種的環境發生更劇烈的變化時會發生什麼呢?為了幫助回答這個更大的問題,斯特勞德仍然在前往佛羅里達州,以追蹤更多代蜥蜴。
