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自然選擇可以減緩進化保持世代間的相似性
當生物體偏離常規時﹐它們可能會獲得優勢﹐讓它們的血統比那些適應性較差的親戚更持久。但是密歇根州立大學的新研究表明﹐自然選擇也有能力保持事物不變。
「我們總是談論生命的巨大多樣性﹐我們應該這樣做。太不可思議了。自然選擇給了我們很多這種多樣性﹐可能是大部分﹐」植物生物學研究人員說。「但是自然選擇也會導致相似性﹐」研究團隊在《新植物學家》雜誌上發表了一份新報告該報告擴展了科學對自然選擇在面對另一種稱為遺傳約束的進化機制時的理解。約束背後的想法是隨著物種的進化﹐它們可能會在某些領域失去遺傳靈活性。這驅使特定的特徵穩定下來並持續幾代。
粗略地說﹐自然選擇很容易被認為是進化的加速器﹐驅動不同或不同的特徵和約束作為制動器﹐保持或保存相似性。研究人員說。「我們認為選擇也能減慢速度﹐它既能導致相似性﹐也能導致差異。」在同行評審過程中﹐這項工作被描述為一個挑戰長期假設的迷人項目。
但是研究人員仍然需要排除限制因素的影響﹐他們已經在新的植物學家報告中這樣做了。在這兩項研究中﹐研究人員都依賴野生蘿蔔作為模式生物﹐但這種植物也是農業中極具破壞性的雜草﹐尤其是在澳大利亞和美國東南部的麥田中。在這兩篇出版物中﹐研究人員研究了野生蘿蔔的一個定義特徵﹐即其雄蕊或花粉產生部分的長度。它的六枚雄蕊中有兩枚短﹐四枚長。
為了揭示自然選擇的保守潛力﹐密歇根州立大學領導的一個研究小組重點研究了野生蘿蔔的雄蕊長度。在自然界中﹐野生蘿蔔有長雄蕊和短雄蕊﹐如左圖所示。但是通過人工選擇﹐研究人員使長度更接近相等﹐如右圖所示。
這種特性或特徵也廣泛存在於野生蘿蔔的近4000個十字花科親戚中。這包括擬南芥﹐另一種重要的模式生物﹔大蒜芥菜﹐美國的入侵物種﹔以及許多作物﹐如羽衣甘藍﹑花椰菜和抱子甘藍。因此﹐儘管研究人員在這兩份報告中關注的是基礎生物學﹐但他們的工作也可能激發未來的研究使全球的科學家和農民受益。
為了評估選擇和限制對這個家族獨特雄蕊特徵的影響﹐研究小組轉向了所謂的人工選擇。也就是說﹐他們有選擇地培育雄蕊更接近相同長度的野生蘿蔔﹐試圖改變這一特性。「也許測試短期約束的最佳方法是人工選擇﹐因為如果一種性狀對人工選擇有反應﹐它顯然可以進化﹐」該小組寫道。「但如果這種性狀沒有反應﹐那就有一個由缺乏遺傳變異造成的限制。」。
這種特質不僅有反應﹐而且反應非常迅速。該團隊在實驗中減少了超過30%的雄蕊長度差異。研究人員說﹕「這個植物家族保持這種四長兩短的特徵已經超過5000萬年了﹐我們可以在五代中消除三分之一的差異﹐也就是五年的時間。」「我猜如果我們繼續下去﹐我們會回到六個等長的雄蕊。」這個家族的祖先擁有等長的雄蕊﹐家族中的一些物種隨著時間的推移已經回復到等長。但是野生蘿蔔和它的大多數親戚已經進化並保持了四長兩短的基序﹐這可能要歸功於自然選擇。
研究人員認為﹐當談到傳粉者如何與植物互動時﹐不同長度的雄蕊使該物種具有優勢﹐但他們不確定這種優勢到底是什麼。沃特曼和康納通過他們在KBS的實驗室與本科生和K-12教師合作﹐設計了一些實驗來研究這個問題。所以《野蘿蔔》仍有一些未解之謎﹐但它有力地提醒了人們自然選擇的力量。「自然選擇非常重要﹐」研究人員說。「許多人們認為選擇不能做的事情﹐我們正在學習選擇能做的。」。
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