中科院之声
2015-09-11 11:12:23
通过利用过去的知识，我们可能能够加速研究适应变化环境的机制。作为一个入门者，在阅读生物演化有关的书籍或文献的时候，我们总能接触到一些奇怪的名字和术语，但不能清晰地辨别它们。格兰特夫妇用通俗易懂的语言把重建达尔文雀历史的过程完整地阐述了出来。这就是演化生物学要揭示的物种历史，其它的物种也应该这么来。
生物多样性的演化历史追溯通常都是从尾到头，从实际的观察，到对起源和历史的推断。达尔文雀的化石记录只能回溯到上千年前，这个时间完全无法用于帮助回答起源的问题。在这种情况下，最佳的信息隐藏在基因当中，这就是分子演化的意义。通过分析现存物种中同源基因的相关性，可以推断出它们之间的系统发育关系和历史。
这个方法主要用于解答三个具体问题：1）特定物种的演化是什么时候开始的；2）这些物种之间的相互关系是什么；和3）随着演化进行，环境是怎么改变的？假如演化是一出戏剧，那么这三个问题能够解答达尔文雀是怎么在加拉帕戈斯群岛这个舞台上演出的。系统发育核基因（也包括微卫星片段）和线粒体基因都可以作为分子标记来推断物种之间的演化关系，通常我们称之为重建“系统发育关系（phylogeny）”。
无论是核基因和线粒体基因得到的系统发育关系都是类似的，表明达尔文雀内部物种之间的关系大体就是这个样子。从一个系统发育树上我们能得到什么？很多，但首先是起源问题。所有的达尔文雀物种构成一个单系（monophyetic），包括科科斯岛上的那个物种，也就是说它们享有一个定居在加拉帕戈斯群岛的共同祖先，并且独享这个祖先。
根据系统发育树的结构，科科斯岛的达尔文雀分化时间是发生在莺雀分化出去之后，因此它们是来自加拉帕戈斯群岛。也就是说达尔文雀的祖先首先是来到加拉帕戈斯，然后其中一部分后来又去了科科斯岛，剩下的留了下来。我们可以通过分子钟（molecular clock）计算出达尔文雀第一次分化的时间，这是时间也是整个达尔文雀辐射演化开始的时间。
达尔文雀与大陆亲戚们的分化是从它们定居到加拉帕戈斯群岛以后开始的，那么它们是从哪里来的呢？一个可能是它们来自同纬度的地区，如果这样的话最大的可能是上文提到的浅褐食籽雀，这个物种现在分布在南美大陆的近赤道地区，和它们的祖先一样。到达加拉帕戈斯对于这些鸟类来说是一件重大的事件！距离大陆的厄瓜多尔有近900公里，加拉帕戈斯几乎是它们能到达的极限，可以用“highly improbable”来形容。
通过现在的达尔文雀遗传多样性来推算，当初第一批到达加拉帕戈斯的数量必须要至少30只以上才能够定居下来，因此几乎可以肯定是某个重大事件的发生推动了它们的迁徙，而不是随机的扩散。当达尔文雀的祖先们第一次到加拉帕戈斯群岛的时候，它们面临的环境和现在是截然不同的。事实上尽管加拉帕戈斯群岛已经存在了超过一千万年（即10MY），今天大多数的岛屿是在这些鸟到达以后漫长的岁月里，在火山活动作用之下而形成的。
在3MY前，这里只有5个小岛，其中3个今天已经不复存在了，但总体而言岛的数量是增加的。和地理环境一样，加拉帕戈斯群岛的气候也是随着时间在改变。基本上，气候是随着太阳节律在变的，这一点已经通过地质学的考察证实。总体而言，这三百万年以来气温是逐渐降低的。达尔文雀中最早的特征演化来自莺雀，它们变得更容易在热带雨林中捕食小型节肢动物、水果软组织、花粉和花蜜。
然后随着岛屿的增多和岛内环境的特化，达尔文雀演化出了多样多样的“喙”，这也是它们最显著的标识，可以发现大多数的物种是在一段比较短的时间内出现的。