《科学》：野花以多样性对抗气候变化
1859年，当查尔斯·达尔文首次提出进化论时，他推测自然选择的过程导致物种随着时间的推移适应环境。他认为，帮助生物体生存下来的特征会传给后代，后代会把这些特征传给更多的后代，最终导致我们今天看到的生命多样性。
只有一个问题，达尔文并没有真正理解自然选择是如何运作的。科学家们花了几十年的时间才发现遗传学和性状遗传的轮廓——1953年沃森和克里克著名地揭示了DNA的双螺旋形状。
对于威廉与玛丽学院的生物学助理教授乔希·普泽（Josh Puzey）来说，从达尔文的理论到绘制基因组图谱，还缺了一步。Puzey想要解释为什么物种内部会有这样的变异。如果自然选择像达尔文预测的那样强大，为什么一个物种中的个体不是都是难以区分和同样适合的？
“一个简单的，虽然可能有点naïve的期望是，不应该有变异，因为自然选择已经把物种推向了单一的最佳状态，”Puzey说。“所以问题是：面对自然选择，基因变异是如何持续存在的？”
普泽离解决这个问题又近了一步。他与人合著的一篇论文《选择性权衡维持支撑植物复杂性状变异的等位基因》今天发表在《科学》杂志上。这项研究发现了自然选择和基因变异之间的关键联系。Puzey的合著者包括Ashley Troth， Rebecca Kim， John Willis和John Kelly。他们的研究是由美国国立卫生研究院和美国国家科学基金会资助的。
Puzey说，这项研究是一个突破，因为它是第一个将表现型（身体特征）和适应性（繁殖和留下后代的能力）与基因型（编码到个人DNA中的特征）联系起来的研究之一。为了理解表现型和基因型的区别，想想火烈鸟吧。火烈鸟吃了某种虾就会变成粉红色。
虾的饮食改变了火烈鸟的表型，它的颜色，但它不会直接影响火烈鸟的基因型。表型可以作为环境变化的直接结果而迅速改变。基因型的改变是世代相传的，通过将基因传递给后代。
“我们认为进化和自然选择总是试图找到一个更合适的表型，”Puzey说。“当你在山的一边有成千上万的野花时，如果进化已经发生了几代人，你会预测它们都有相同的表型。但它们没有，所以我们进行了一种蛮力研究来解决这个问题。”
Puzey是来自四个美国研究机构的科学家团队的一员，他们收集并分析了生长在俄勒冈州铁山地区的187种不同的水猴野花（Mimulus guttatus）的种子。
利用这些种子，研究人员能够对每一朵花的基因组进行测序。然后，他们回到俄勒冈州，在最初收集这些种子的同一座山上种植了经过测序的种子。
该团队在两年的时间里监测了每棵幼苗，测量了它们的健康状况。他们记录了每棵树产生的种子数量，开花情况，以及是否达到了生殖成熟期。
“利用这些个体，我们能够将基因型与表现型联系起来，”Puzey说。“随着花的生长，我们知道下面的基因发生了什么，以及这些基因是如何与表现型联系在一起的。这是这项研究真正新颖的地方。”
该团队能够识别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特征。晚开的花比早开的花大。
Puzey解释说，研究人员发现，作为表现型的一部分出现的特征——每个人的长相——在物理上与基因型有关。简单地说，随着时间的推移，花的进化保持了花大小的遗传变异，因为这有助于它们生存。
自然选择选择最适合本地环境的表现型，但如果环境总是波动的，那么自然选择可能会维持遗传变异，以应对环境给它带来的任何影响。
普泽说：“我们发现，健康程度取决于它们在那一年生长的环境。”
在一年中，由于雪融化，有很短的一段时间可以获得水。短暂的湿润期过后，夏季迅速来临。Puzey解释说，在这些条件下，更小、开花更快的渗猴花更有可能达到生产成熟。
第二年，春雨持续的时间更长，而夏季干旱的到来要晚得多。在那一年，研究人员发现，长得更大、开花更晚的个体更健康。
普泽说：“有时小花受欢迎，有时大花受欢迎，这取决于天气有多湿。”“因此，对于‘在自然选择面前，基因变异是如何维持的？’这个问题，我们有了一个答案。”“年际变异选择了相反年份的交替基因组成和交替表型，从而允许变异持续存在。”
由于水猴花的基因组成对年际气候波动适应得很好，研究人员想知道，在野花中保持的遗传变异是否有利于适应气候变化。
“这是一个更实用的保护问题，”普泽说。“这些自然种群是否有足够的变异来迅速适应全球气候变化？”
研究人员认为是有的。铁山地区的气候波动是如此极端，研究人员认为，猕猴种群的遗传多样性应该允许它适应长期的气候变化。
Puzey警告说，对于水猴花来说，好消息并不一定意味着其他铁山野生动物的好消息。开花时间和花朵大小的变化对传粉者（如觅食蜜蜂）有直接影响。觅食模式的任何变化都可能影响其他野花，影响什么物种在什么时间开花。普泽强调，整个生态系统都处于危险之中。
“虽然这为Mimulus在面对气候变化时描绘了一幅充满希望的画面，”Puzey说，“但我们的研究中没有表现出许多相互作用。”随着气候变暖，其中一些可能会完全崩溃。”
