美科學家發現“達爾文地雀”進化關鍵基因

新浪科技訊 北京時間22日消息，據物理學家組織網站報導，來自美國普林斯頓大學以及瑞典烏普薩拉大學的研究人員從當年達爾文在加拉帕戈斯群島所研究的一類雀類體內識別出一個基因，這一基因影響鳥類喙部形狀的發育，從而讓當地的這一雀類能夠從100多萬年前的共同祖先開始，分化演化出大量具有不同鳥喙形態的分支。

這項研究展示了進化背后的基因機制，包括基因是如何從一個物種向另一個物種轉移的，以及同一物種內部的基因差異如何能夠塑造出一個完全不同的新物種。有關這項研究的相關論文已經發表在《自然》雜誌上，並在2月11日刊出，這一天恰好是達爾文的誕辰紀念日。在他1835年的航行考察之旅中，達爾文對加拉帕戈斯群島上的這種雀類進行了詳細的觀察研究，並最終導致了劃時代的進化生物學巨著《物種起源》一書在1859年的最終出版。

夫妻研究搭檔

普林斯頓大學名譽動物學及進化生物學教授皮特·格蘭特（Peter Grant）表示：“現在對於進化生物學研究，我們已經了解了其背后更多的基因機制。”格蘭特和他的妻子，同時也是論文合著者的羅斯瑪麗·格蘭特（B. Rosemary Grant）合作開展相關研究，后者是生態學與進化生物學領域的高級科學家。格蘭特夫婦對這些生活在加拉帕戈斯群島乾燥的岩石島礁上的雀類開展了長達40年的研究。

最新的研究結果證明了進化機制是如何以不規則的方式向前發展的。在這一過程中存在很多的機會可以讓基因在不同的物種間傳播擴散併產生新的連結。如果有了合適的環境，如地理環境上與原先種群的隔，雖則基因差異的逐漸累積，這樣的改變將最終造就一個全新的物種。

根據格蘭特夫婦採集的DNA樣本，瑞典烏普薩拉大學的研究人員從中識別出了控制鳥類喙部形狀的基因序列並將其與120隻鳥類個體的對應基因樣本進行比對，這些鳥類個體全部屬於“達爾文雀”下的15個不同種。研究人員仔細觀察額對比具有不同喙部形狀的鳥類基因序列。

在對DNA序列的檢查中，研究人員發現一種名為ALX1的基因，種基因此前曾經在人類額老鼠的體內被發現過，其主要作用與生物體面部特徵的形成有關。突變造成這一基因沒能被激活將造成人類嬰兒的嚴重出生缺陷。

這項研究的第一作者，瑞典烏普薩拉大學功能基因研究教授裏弗·安德森（Leif Andersson）表示：“這是一個有趣的案例，展示對於正常發育至關重要的基因組溫和變異如何可以生可見的進化效應。”

個體間的基因差異

然而安德森表示，在這項研究中最令人興奮，最有趣的部分則是發現同一物種的不同成員之間這種基因同樣存在差異。比如一種中等體型的雀類G. Fortis，其中的一部成員個體擁有較鈍的喙，另外一些的喙部則較尖。

皮特·格蘭特指出，這項發現具有重要意義，因為它揭示了進化機制是如何起作用的。在同一物種內部，當某些個體生出對其生存有利的某些特性——如較鈍的喙可以讓它們更方便地打碎果實的外殼，於是便有更多的機會生存下來並繁殖后代，從而在這一過程中將相關的基因遺傳下去，而那些喙部較尖的個體則由於在競爭中處於劣勢而逐漸消亡。格蘭特表示：“這就是基因內在的差異性，在這一基礎上，自然選擇將發揮它的作用。”

在加拉帕戈斯群島上，鳥類喙部的形狀對於它們在當地環境中的生存是至關重要的，因為這裏會周期性的遭遇嚴重乾旱的侵襲，而當遭遇厄爾尼諾年則會發生嚴重的暴雨，當然還有時不時發生的火山爆發。鳥類在這裏使用它們較鈍的喙敲開堅硬的種子外皮，從草叢中搜尋小昆蟲，在仙人掌的花朵裏攝取花蜜。當遭遇大旱時，只有那些可以從多種來源獲得食物的鳥類個體才有最大的機會生存下來，而其他無法適應環境的鳥類則只能逐漸消亡。

在過去的40年時間裏，格蘭特夫婦和他們的研究組已經注意到，在1977年，1985年以及2004年發生的嚴重乾旱期間，鳥類喙部的大小和形態差異已經通過自然選擇的機制在當地雀類的進化過程中扮演重要角色。羅斯瑪麗表示：“現在我們有了一項基礎較為堅實的理論，因為我們在過去的40年時間裏已經三次目睹事情的發生。”

基因漂移

這項發表在《自然》雜誌上的研究工作還探討了當兩種具有較近親緣關係的物種相互交配時導致的基因在不同物種之間的擴散問題。盡管在鳥類中，當這類情況發生時，其得到的后代往往四不具有繁殖能力的，但加拉帕戈斯群島的雀類某些雜交后代卻可以與兩個物種雙方的其中任意一種進行交配繁殖。這樣繁殖的幼鳥可以通過叫聲和外觀判別出它們的父母親鳥種類，但它們的體內則攜帶有來自另一種鳥類的基因遺傳信息。

通過這種被稱作“基因漂移”或“基因滲透”的效應，基因物質可以在不同的近親物種間發生擴散，從而為新物種的生創造條件。格蘭特夫婦發現在過去的40年間，在加拉帕戈斯群島的大達夫尼島（Daphne Major Island）上已經發生了基因漂移現象。而最新的研究結果則進一步表明，在鳥類佔據這片群島的過去100萬年間，基因漂移事實上就已經廣發而持續的發生，這些發現和結果都幫助研究人員刷新了這一群島上物種分異演化的舊有理解。

皮特·格蘭特表示：“我們現在將更有把握做出估算，判斷哪些種類是比較古老的，哪些種類則是較為年輕的，以及生物進化發生的大致時間。”（晨風）