本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，僅反映作者的觀點，不一定反映《大眾科學》的觀點
先前文章 - 進化的節奏，第一樂章：柔板
微小的變化可以產生巨大的影響。樂曲的情緒是由其節奏決定的。你可以演奏相同的音符，以相同的風格，但改變演奏速度，它就會呈現出完全不同的含義。然而，有些變化是如此之小，以至於你無法察覺到它有任何有意義的影響。將莫扎特的《小夜曲》中的快板放慢每秒一個節拍，你可能不會注意到任何差異——感覺仍然活潑。
現在，每次聆聽都重複這種變化。你可能會逐漸習慣較慢的節奏，甚至可能不會注意到這些微小、不易察覺的變化如何影響你的情緒。隨著節奏的減慢，一首曾經活潑的歌曲變成了中板，也許是最緩板。隨著時間的推移，這些變化的累積可能會非常顯著。
關於支援科學新聞業
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道 訂閱。透過購買訂閱，您正在幫助確保有關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。
進化宏偉樂章中的一個關鍵特徵是差異繁殖成功率。有些生物生存下來，有些生物死亡。在那些生存下來的生物中，有些繁殖，有些則不繁殖。與其說是生存鬥爭，不如說是生命的一個事實——沒有什麼能永恆存在。出生是人口的漸強。如果不加以控制，它們會強勁地增長，但人口增長永遠不會不受控制。漸弱，即死亡，試圖平衡人口的數量。
生態學常常採取非常簡單的方法：只數音符，而不注意音樂演奏的調性。將進化論加入生態學，就像是將世界級的作曲家介紹給八年級的管絃樂隊。反過來也是如此。在每一代更迭中，只有所有生物中的一小部分將其最珍貴的財富——基因——傳遞下去。進化與生態的融合是強大而精湛的。人類的作品僅僅是從選擇的大師的覺醒中走過。
僅僅在幾個世代中，生物體的形態和功能之間的密切關係就受到各種各樣的相互作用的影響——其中許多相互作用是生物體無法控制的。但是，必須記住，雖然獨奏者為歌曲而生，為歌曲而死，但管絃樂隊會繼續前進。由於種群是相互繁殖和交換基因的生物群，因此在任何給定的時間，種群中都存在任何基因型的排列。潛在的適應性基因可能以低丰度存在，直到條件有利於它們的表型，就像法國號樂器組等待著它們在巴洛克進行曲中的填充樂段時刻。
例如，以不起眼的刺魚（上圖）為例，它最近已成為研究快節奏進化的模式生物。它們既棲息在海洋中（例如，上方的魚：較大，有刺和骨板），也棲息在淡水湖泊和溪流中（例如，下方的魚：裝甲不太重）。兩者之間的差異是明顯的。然而，僅僅在少數幾代之內，一種就可以變成另一種。
刺魚是溯河洄游的魚類，這意味著它們一生中的一部分時間在淡水和海洋中度過。更熟悉的例子是鮭魚，它們在淡水河流中逆流而上產卵，將其幼魚產在淺而有保護作用的區域。如果，萬一，鮭魚留在海洋中產卵，那麼濾食性魚類和鯨魚會爭先恐後地吞食卵團，甚至在幼蟲的心臟跳動四分之一音符之前。
這並不是說淡水河流和湖泊的淺水源地沒有危險，但它們的生存機會大大提高，足以使這種生命週期受到青睞。然而，對於一些古老的刺魚種群來說，它們停留在湖泊周圍，或者設法被切斷了通往海洋的路線。幼小的胡瓜魚在淡水中謀生，最終建立了穩定的種群。
湖泊中的生活與海洋中的生活大不相同。對於海洋魚類來說，淡水捕食者似乎非常兇猛。蜻蜓幼蟲從湖底攻擊，抓住腹部下方的棘刺，而大型魚類則在開闊的海域追逐。因此，在湖泊中腹部棘刺較小的魚類更經常地在襲擊中倖存下來，這是有道理的。
值得注意的是，我們看到的是，這種轉變斷奏得驚人！化石頻率的突然變化，從更多裝甲和棘刺到更少（見上方的影片）。但這並不是一個完全和永久性的變化，因為這種適應性的基因仍然在種群中普遍存在，最終我們看到了各種雜交變型（見頂部的影像和影片）。也就是說，每種表型的基因變異體都存在於種群中，而與其頻率無關。這種遺傳變異是種群快速進化的關鍵。
令人驚訝的是，就在半個世紀之後，逆轉發生在西雅圖郊外！在 20 世紀 60 年代，人們意識到華盛頓湖實際上是數十年忽視、徑流和徹底汙染造成的汙水池。曾經被稱為“臭水湖”，該市、華盛頓大學和倡導團體花費了 1.4 億美元對其進行清理，密歇根大學教授約翰·雷曼在 NRC 報告中稱讚這是“科學界和政治領域之間創造性互動的典範”。
快進到 2006 年，我們看到了一個非常引人注目的快速逆向進化的例子，即裝甲表型（右圖）！人們認為，水體透明度的顯著提高導致了對更好的裝甲和更大的體型的需求，以對抗遠洋湖泊捕食者，如割喉鱒魚。
快速進化並非僅限於刺魚。我們已經推斷出，甚至直接觀察到，在非常短的時間內，各種生物種群都發生了變化。例如，
1870 年代，東北海board的長瓣螺（Littorina obtusata）明顯更高，貝殼更厚，但 1980 年代的同一批種群則扁平得多，也更厚。在 20 世紀初期，潮間帶蟹（Carcinus maenas）將其範圍向北擴充套件。顯然，那些貝殼更難處理的蝸牛活了下來。
蚜蟲是一種常見的商業作物害蟲，已被證明即使在單個實驗種植季節也能快速進化。包含兩種具有不同生長速率（即可能進化）的基因不同克隆系的實驗種群，在競爭者或捕食者存在的情況下，其生長速度比由蚜蟲的單一克隆系（不進化）組成的種群快 42%，密度高 67%。即使只有最少的遺傳變異，進化——以種群中等位基因頻率的變化來衡量——仍然僅透過自然選擇的方式進行。
植物和傳粉者形成高度專業化的聯絡，這種聯絡通常透過數千年的協同進化得到加強。但是，當植物失去傳粉者時會發生什麼？它會枯萎，還是會自我繁殖？在野生溝酸漿植物中，實驗表明，當傳粉者被移除時，植物最初會在適應性方面受到影響，但會在 5 代之內迅速反彈。除了形態變化外，還存在與提高自花授粉能力相關的基因變化。
除了生態學例子外，還有許多其他例子來自快速進化的生殖蛋白、抗菌素和殺蟲劑抗性，以及病原體進化出對宿主防禦的抗性。這是明星表演者的標誌：在變化的世界中即興創作的能力。沒有比我們周圍自然管絃樂隊中嵌入的生命多樣性更好的表演者了。
Bodbyl Roels, S., & Kelly, J. (2011). 傳粉者喪失引起的溝酸漿的快速進化。《進化論》，65(9)，2541-2552。DOI：10.1111/j.1558-5646.2011.01326.x
Kitano, J., Bolnick, D., Beauchamp, D., Mazur, M., Mori, S., Nakano, T., & Peichel, C. (2008). 三刺刺魚裝甲板的逆向進化。《當代生物學》，18(10)，769-774。DOI：10.1016/j.cub.2008.04.027
Seeley, R. (1986). 強烈的自然選擇導致活體海洋蝸牛的快速形態轉變。《美國國家科學院院刊》，83(18)，6897-6901。DOI：10.1073/pnas.83.18.6897
Turcotte, M., Reznick, D., & Hare, J. (2011). 野外快速進化對種群動態的影響：生態進化動態的實驗測試。《生態學快報》，14(11)，1084-1092。DOI：10.1111/j.1461-0248.2011.01676.x