一项为期30年的实验，见证了进化的发生

1988年，瑞典西海岸靠近挪威边境的科斯特群岛（Koster Islands）遭遇了一场密集的有毒藻类爆发，摧毁了当地的海螺种群。为什么这些栖息在海上一块几平方米岩石上的海螺的命运值得关注？事实证明，这一事件为我们预测并观察进化提供了一个契机。

在事件发生之前，这些岛屿及其小型潮间带岩礁是大量名为Littorina saxatilis的海螺物种的家园。虽然较大岛屿上的海螺数量在两到四年内有所恢复（部分种群减少到不到1%），但一些岩礁似乎难以从这次打击中恢复。

1992年，瑞典哥德堡大学的海洋生态学家Kerstin Johannesson决定重新将L. saxatilis海螺引入这些岩礁，开启了一项实验，这项实验在30多年后产生了深远影响。研究结果近期发表在《科学进展》杂志上，报道了对进化的预测以及见证进化的进展。

  “海浪型”与“螃蟹型”  

L. saxatilis是北大西洋沿岸常见的海螺物种，不同种群为了适应环境进化出了不同的特征，如大小、壳形、壳色及行为。这些特征在“螃蟹型”和“海浪型”海螺之间尤为显著。

两种适应不同环境的L. saxatilis，左边显示的是螃蟹型，它们对捕食者很警惕；右边显示的是海浪型，它们个头更小，但行为大胆。（图/David Carmelet）

螃蟹型海螺生活在有螃蟹捕食的环境中，而海浪型海螺则栖息在远离螃蟹的有海浪冲击的岩石上。海浪型海螺通常较小，外壳薄，有特定颜色和图案，壳口大且圆，行为大胆。而螃蟹型海螺则较大，壳厚无花纹，壳口小而细长，行为谨慎。

在瑞典的科斯特群岛上，这两种海螺类型往往比邻而居，有时仅被几百米的海水相隔。在1988年的有毒藻类爆发前，海浪型海螺栖息在岩礁上，而邻近海岸上同时存在螃蟹型和海浪型海螺。这种近距离分布为后续进化奠定了基础。

  重新发现旧特征  

1992年，在看到海浪型海螺种群因为有毒藻类而尽数灭绝后，Johannesson决定向其中一个岩礁重新引入海螺——只不过，她要引入的是螃蟹型海螺。螃蟹型海螺每年能繁殖一到两代，因此Johannesson预期将能亲眼目睹它们适应新环境的过程。

移入实验的卡通绘图，左边显示的是螃蟹型海螺，中间是岩礁，右边是相邻的海浪型海螺。（图/CASTILLO el al./Science Advances）

果然，在实验的前十年，研究人员就发现了海螺适应环境的证据。而在整个30年的实验期间，研究人员能准确地预测这些海螺的外观变化，以及哪些基因区域会受到影响。这种转变既快速又显著。

然而，这些海螺并非从零开始进化。一些遗传多样性在初始螃蟹型海螺种群中已经存在，只是流行率较低。

研究团队在实验期间关注了海螺的三个方面：表型、个体基因变异，以及影响染色体区域的染色体倒位。在最初几代中，研究人员观察到一种有趣的现象——“表型可塑性”：海螺很快调整形态以适应新环境。同时，种群也迅速发生了基因变化，尤其是染色体倒位的变化。

研究显示，这种快速转变可能由两个互补过程驱动：一方面，螃蟹型海螺中原本流行率低的特征被快速选择出来；另一方面则来自邻近海浪型海螺的基因流，这些基因可以通过漂流传入，仅需通过160米的距离即可到达岩礁。

  污染和气候变化中的进化  

理论上，科学家知道，基因变异性较高的物种能够更快适应变化。然而，很少有研究能对进化进行长期的现场实验。这项研究使科学家得以更近距离地观察重复进化，并预测种群如何在类似条件下发展特定特征。如今，Johannesson在1992年引入岩礁的蜗牛种群已经繁衍到约1,000只。

海螺的进化过程。螃蟹型海螺（1992年）进化得与已经在岩礁上消失的海浪型海螺惊人相似。（图/Kerstin Johannesson / ISTA）

研究人员希望进一步了解物种如何适应现代环境挑战，如污染和气候变化。并非所有物种都有庞大的基因库，而从零开始进化新特征的过程又极其缓慢。适应是一个复杂过程，而地球正面临着许多复杂的变化。研究人员希望这项研究能够推动更多关于保持物种基因多样性的研究，或许能说服人们保护更多自然栖息地，避免物种丧失其基因多样性。