新的研究表明，季節性植物可以快速地適應——甚至是基因上的適應——不斷變化的氣候條件，並揭示了當天氣變化時它們控制生長反應的各種機制。然而，研究表明，壽命較長的植物在適應變化方面面臨更大的困難。
加州大學爾灣分校的植物進化生物學家史蒂文·弗蘭克斯（Steven Franks）和他的同事們測試了野生的薺菜，這種植物大約在300年前由美索不達米亞沙漠透過地中海氣候引入加利福尼亞。這種植物是一種倖存者，從沼澤到近沙漠都能茁壯成長。科學家們在2000年發生五年乾旱之前，於1997年收集了該植物的種子。他們在乾旱之後，於2004年再次收集了種子，以觀察發生了什麼變化。
透過在受控條件下使儲存的祖先種子、後代種子和雜交種子發芽，生物學家可以準確地確定野薺菜如何適應了不斷變化的環境。“我們保持環境不變，只改變基因，”弗蘭克斯解釋道。“我們發現，在自然氣候變化之後，開花時間迅速向提前進化。”
關於支援科學新聞
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過 訂閱來支援我們屢獲殊榮的新聞報道。透過購買訂閱，您正在幫助確保關於塑造我們當今世界的發現和想法的具有影響力的故事的未來。
實際上，植物已經將開花時間提前了幾天，以便充分利用乾旱年份短暫的“雨季”。根據1月8日線上發表在《美國國家科學院院刊》上的研究結果，對於最初來自加利福尼亞沼澤中較溼潤環境的植物而言，這種變化更加明顯——提前了一個多星期。
這對像野薺菜這樣的年度物種來說是個好訊息，它們可以相對快速地適應氣候變化，但對於壽命更長的植物來說，比如加利福尼亞的紅杉，這預示著不好的前景，它們可能無法足夠快地適應變化。“我們將看到分佈範圍的變化，”弗蘭克斯說。“物種會遇到沙漠或山脈等障礙，可能會失去生存空間。它們將無法進化或遷移得足夠快以跟上氣候變化。”
歐洲的其他研究表明，植物可以改變另一個控制其對氣候反應的機制：春化作用，即植物在對溫暖天氣作出生長訊號反應之前所需的寒冷時期長度。英國諾里奇約翰英納斯中心的卡羅琳·迪恩（Caroline Dean）和她的同事們研究了普遍存在的擬南芥的這種反應。瑞典的這種植物所需的冬季長度幾乎是英國同類植物的四倍——分別是14周和4周——之後才會將溫暖天氣解釋為生長的訊號。
迪恩指出：“看起來，這種適應開花時間以適應不同冬季條件的機制的變化進化得非常快。通過了解植物如何適應不同的氣候，這將使我們在培育能夠應對全球變暖的作物方面搶佔先機。”
當然，大多數主要農作物都是一年生植物，因此可能能夠快速適應不斷變化的環境；“我預計這種情況會在農作物中發生，”弗蘭克斯觀察到。但他警告說，玉米、小麥、水稻或其他植物內部的遺傳變異可能不足以實現如此快速的轉變。
因此，加州大學爾灣分校的生物學家亞瑟·韋斯（Arthur Weis）計劃啟動“基線專案”：一項涵蓋北美和歐洲至少數百種植物物種的收集工作。這個種子庫將使未來的科學家能夠檢查特定植物如何與其祖先相比進行了適應——或沒有適應。該專案將需要來自單個物種內數百種植物的樣本，並且這是一項需要數年才能取得成果的工作。
最終，這將比密蘇里植物園的彼得·雷文（Peter Raven）設想的工作規模要小，後者旨在保護植物界中所有瀕危物種。但它將是一個時間膠囊，供未來的科學家用來繪製變化圖。如果人類要在地球上進行一項不受控制的實驗，即人為的氣候變化，那麼我們不妨從中學習。