研究發現大量潛在基因會對自然選擇有反應

研究人員利用大型圍場監測鹿鼠的進化。圖片來源：ROWAN BARRETT

　　從遠處看，很難在人群里認出Rowan Barrett，這個長著濃密黑胡子的瘦小男人。但是他的同行卻認為，Barrett是可以脫穎而出的。在過去的兩年里，Barrett包攬了為年輕進化生物學家設立的幾乎所有的主要獎項，包括日前他在2013年進化學年會上獲得的多布贊斯基獎。他的成就是：敢于進行規模宏大的實驗性進化，以研究自然選擇如何構筑生物體的整個基因組。

　　“事實證明，對于一些曾經被認為很難測試的假說，他并不害怕在自然環境中對其進行深入研究和測試。”美國奧斯汀得克薩斯大學進化生物學家Robin Hopkins說，“他有著令人難以置信的毅力。”

　　Barrett現工作于在內布拉斯加州的沙丘地區，生活在當地淺色沙丘上的老鼠的顏色比周圍草原上的老鼠顏色要淺。長期以來，研究人員一直假設沙丘老鼠是由于貓頭鷹這樣的捕食者而顏色變淺，以便保護自己不被捕食者發現。而且相關研究斷定，這些老鼠體內被稱為“刺鼠”的與色素相關的基因發生了變化。

　　但是Barrett對此并不滿意。他說：“這是進化生物學中存在時間最長的假說之一，不過從未于自然條件下在鹿鼠中被直接證實過。”

　　在進化學會議上，Barrett稱，他的初步研究結果表明，淺顏色確實能保護沙丘老鼠——但是其他基因可以幫助老鼠茁壯成長。加利福尼亞大學河濱分校進化生物學家David Reznick表示，實驗結果顯示，“在適應自然的過程中，還有其他因素在起作用”。

　　作為哈佛大學的博士后，Barrett于2010年開始進行相關工作。他和同事捕捉了幾百只在深色和淺色地面生活的內布拉斯加州鹿鼠，并對其進行了分類。他們對鹿鼠的DNA進行取樣和標記。然后，研究人員在沙丘和附近深色土地的6個50米×50米的圍場內放生約100只鹿鼠——其中深色和淺色地面環境各一半。

　　圍場的鋼柵欄高1.5米，并延長60厘米至地下以防止鹿鼠挖洞逃走，但這并不能保護其被飛行的動物捕獲。在兩年的時間里，每過幾個月，研究人員就會捕捉每個圍場中所有活著的鹿鼠，檢驗該嚙齒動物的基因變化。

　　果然，深色鹿鼠在深色土地上活得更好，而淺色鹿鼠在淺色沙地上活得更好。在基因水平上，Barrett的分析證明了“刺鼠”基因的重要性，該基因多個不同的序列在不同的圍場環境中或是有利的，或出現進化選擇以適應環境。“選擇出現在刺鼠基因的相當廣泛的區域里，它不僅僅是一種被青睞的突變。”加拿大不列顛哥倫比亞大學的進化生物學家Dolph Schluter說。

　　但是在實驗過程中，很多與色素不相關的基因也發生了變化。Barret 報告稱，該分析揭示，“潛在的大量基因會對自然選擇有所反應”。不過他并不清楚哪些變化會影響鹿鼠的何種特征。Barret正在進行調查，并懷疑一些特征其實與捕食者無關。例如，有些特征可能使一只鹿鼠更加健康，或更有能力找到食物。

　　“我們已知的很多關于進化選擇的想法都很粗糙。”Schluter說，“當開始做實驗時，我們會很驚訝地發現一些我們沒有預料到的事。”