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19世纪的达尔文理论到21世纪的基因图谱，似乎还有一块遗失的拼图有待建立。藉由一份野花的生物多样性研究，科学家如今相信，他们已掌握了天择和遗传变异之间的关键连结。 1859年达尔文首次提出演化论时，他主张是天择让物种随着时间的推移适应其环境。他相信，有助于生存的性状传递给后代，后者会将这些性状传递给更多的后代，最终形成我们今日所见的生物多样性。 这个理论只有一个问题，就是达尔文其实并不了解天择是如何运作的。科学家们花费数十年的时间才发展出遗传学，以及性状如何传递给下一代的概念——即华生和克里克1953年发现DNA双螺旋。
威廉与玛丽学院生物学助理教授普泽（Josh Puzey）。图片来源：Josh Puzey 对于威廉与玛丽学院生物学助理教授普泽（Josh Puzey）而言，从达尔文理论到绘制基因组图谱之间仍缺少一块拼图。普泽想要解释，为什么物种内存在诸多变异。如果天择的力量和达尔文推测的一样强大，为什么物种内的个体不是长得完全一样且全都适应环境？ 「一个简单但可能稍微天真的期望应该是个体之间没有变异，因为天择将物种推向了单一的最佳状态，」普泽说。 「所以问题是：面对天择，遗传变异如何始终存在？」 他与研究伙伴发表在《科学》期刊上的论文《选择性权衡维系植物复杂性状变异背后的等位基因》（Selective trade-offs maintain alleles underpinning complex trait variation in plants），发现了天择和遗传变异之间的关键连结。 普泽说，这是第一个将表型（外观性状）和适存度（繁殖和留下后代的能力）与基因型（表现个体性状的DNA编码）串连起来的研究。 要了解表型和基因型之间的差异，可用红鹳为例。红鹳在吃某种虾时会变成粉红色。吃虾改变了红鹳的表型——颜色，但没有直接影响其基因型。表型可以因环境变化迅速改变。基因型变化则会透过基因传递给下一代。 「我们思考演化和天择，因为总是试图寻找更合适的表型，看山上成千上万的野花，如果已经经历代代相传演化，你会认为他们都有相同的表型。但并非如此，所以我们进行了一种暴力破解法解决这个问题。」普泽说。 普泽与他所属的研究团队搜集并分析了生长在奥勒冈州铁山地区，共187株不同的野生沟酸浆（Mimulus guttatus）种子。
野生的沟酸浆（Mimulus guttatus）。图片来源：Josh Puzey 研究人员利用这些种子为每株个体的基因组定序。接着他们返回奥勒冈州，在最初搜集到这些花的山上种下定序后的种子。该团队花两年的时间监测每株幼苗的生长，测量它们在整个过程中的适存度。如果花朵达到生殖成熟状态，则记录下每株产生的种子数量跟开花状况。 「我们利用这些个体将基因型与表型连起来。随着花朵生长，我们知道底层基因发生了什么事，以及基因与表型的关系。这是本研究的突破之处。」普泽说。 该团队识别出基因组中控制开花时间和花朵大小的特定区域。他们发现同一区域控制着这两种性状。晚开的花朵比早开的花朵大。
野花。图片来源：Marina LaForgia/UC Davis 普泽解释，研究人员发现，表型性状与基因型有物质上的关联。简单地说，花朵随着时间推移演化，以维持花朵大小的遗传变异，因为这可帮助它们生存。 天择青睐最适合原生环境的表型，但如果该环境总是在变动，那么天择可能已经起了维持遗传变异的作用，以便适应任何环境变化。 「我们发现适存度取决于个体在这一年中所生长的环境，」普泽说。 有一年，随着积雪融化，水源供应期较短。短暂的湿季之后，夏季迅速开始。在这些条件下，花朵较小且开花较快的沟酸浆更有可能发育至性成熟。 第二年，春季降雨持续时间较长，夏季干旱期开始较晚，则花朵较大、开花较晚的个体比较健康。 「有时环境有时对小花较有利，有时对大花较有利很受欢迎，取决于春季时的降雨量。因此若要回答面对天择，遗传变异是如何维持的？我们的答案是，年度间的变异会偏好不同的遗传组成和表型，允许变异持续存在。」普泽说。 由于沟酸浆的遗传组成对每年之间的气候波动适应良好，研究人员好奇，沟酸浆的遗传变异是否有利于适应气候变迁。 他们认为答案是肯定的。因为在铁山地区，气候波动幅度很大，因此沟酸浆族群内的遗传多样性应该能够适应长期的气候变迁。 但普泽强调，沟酸浆能适应气候变迁，不代表对其他的铁山野生生物来说也是如此。开花时间和花朵大小的变化对蜜蜂等授粉昆虫有直接影响。觅食模式的任何变化都可能影响其他野花，并影响该物种在什么时间开花。气候变迁仍可能使整个生态系统处于危险之中。 （本文字体已经过繁简转化，编辑：James） |
