现代达尔文的六大“加拉帕戈斯”

曾经与世隔绝的加拉帕戈斯群岛为查尔斯·达尔文提供了关于进化动力学的深刻见解，彻底改变了我们对世界的认知。一个半世纪后，科学家们仍在追寻驱动他的思想，并将这些研究扩展到广泛的新地点——有些是异国情调，有些则离我们很近。

“压倒性的证据表明，进化很大程度上是按照达尔文的设想发生的，”芝加哥大学进化生物学家、《为什么进化是真实的》一书的作者杰里·科因（Jerry Coyne）说。“通过进化变革的引擎——自然选择——我们可以亲眼看到动植物适应它们环境的证据。”最近，当NASA的火星探测器发现与黄石公园热泉中发现的硅石相似的沉积物时，这类研究具有了宇宙的重要性。在地球上，这类沉积物通常包含微生物的遗骸。

下面介绍了一些现代达尔文追随者从中获得关于生命如何适应地球几乎所有环境的新灵感的地方。

海底 25,000 英尺处 在世界上最深的海沟之一底部，科学家们发现了一个高度社交性鱼类的繁盛种群——这是他们从未预料到的。研究人员曾假设，在这种严酷的环境中的鱼类会很脆弱、独居且不活跃，因为食物供应稀少而需要节约能量。但高清晰度潜水器拍摄的画面显示，在太平洋表面下近五英里处存在着丰富的生命。一个摄像头捕捉到了一群 19 条海 принад在饵料周围游动，如同池塘中的金鱼，尽管那里接近零度、完全黑暗，水压高达每平方英寸五吨。

“我们可能只期望一两条鱼，但看到这么大一群真是太神奇了，”阿伯丁大学海洋实验室主任蒙蒂·普里德（Monty Priede）说，该实验室专门从事深海机器人探索。“这仅仅是海 принад。那里还有大量的甲壳类动物，包括虾。我们怀疑在太平洋每个海沟的这些深度，大约有五十万条鱼。它们不知何故适应了极端寒冷和巨大的压力。”

海洋实验室的研究人员在去年秋天，通过为期两周的日本海沟探险活动，利用能够承受极端条件的潜水器摄像平台，做出了这些发现。这是海洋实验室“Hadeep”项目的一部分，该项目与东京大学合作，研究海洋所谓的“哈迪斯带”（海平面以下四英里以上）的生命。新发现的海 принад种群以在海底刮食碎屑的小虾为食，被认为是迄今为止记录到的最深海鱼类。

从进化角度来看，海 принад被认为相对较晚才占领深海海沟。鱼类依赖溶解在表层水中然后沉降的氧气，但直到过去 7000 万年，深海才开始充氧。“海 принад是鱼类中最进化的。它们产生相对较大的卵，并且都有各种形式的亲代抚育，”普里德说。“这些探索将有助于解答一些引人入胜的进化问题。生命的极限是什么？在更大的压力下是否存在生命系统？我们才刚刚开始发现。”

一个废弃的铜矿 被工业废物径流污染的土地可能很快会被一支不寻常的环保战士大军重新占领：能吃金属的蚯蚓。在发现这些蚯蚓的地点，每一种金属沉积都会创造一次独特的进化事件，孕育出在高度污染环境中茁壮成长的生物。

这些高度进化的超级蚯蚓在英格兰和威尔士的废弃矿山中被发现，它们吞噬铅、砷和铜等有毒重金属。“它们似乎能够耐受高浓度的金属，而金属暴露会驱动蚯蚓的进化，”英国雷丁大学的土壤科学家马克·霍德森（Mark Hodson）说，他揭示了这些蚯蚓能够消化剧毒物质的机制。

对在威尔士 Cwmystwyth 发现的耐铅蚯蚓进行的 DNA 分析显示，金属诱导了蚯蚓基因构成上的微妙变化。研究人员利用灵敏的 X 射线技术追踪蚯蚓如何代谢比盐粒千分之一还小的金属颗粒。“这些蚯蚓已经发展出适应性机制来应对土壤污染，”霍德森说。“当它们摄入土壤时，金属会积聚在它们的组织中。但它们改变了钙离子通道，并分泌一种将金属转化为毒性较低形式的酶。”当蚯蚓处理受污染的土壤时，它们会排出一种稍有不同的金属形式，植物更容易吸收。霍德森说，最终，“我们或许能够招募这些蚯蚓来加速修复过程：只需将它们放入土壤中，用于清理污染场地。”

新几内亚的荒野

尽管新几内亚的面积仅为美国的大约十分之一，却拥有世界 7% 的生物多样性，使其成为像克里斯托弗·奥斯汀（Christopher Austin）这样的进化生物学家的活实验室，他亲眼观察着激发新物种产生的适应机制。在过去 20 年里，奥斯汀，路易斯安那州立大学自然科学博物馆的爬行动物学家，在该热带岛屿上发现了近十几种新的蜥蜴物种。

新几内亚异常多样的地形和气候孕育了丰富多样的栖息地。它们从闷热的低地丛林、沼泽和洪水泛滥区，到云雾森林、高山草甸以及高耸于 16,000 英尺以上的冰川。岛上栖息着一些世界上最奇特的生物，包括生活在树上的袋鼠和血液呈绿色的蜥蜴。

但是新几内亚并不轻易揭示它的秘密。“这里的公路系统非常有限，我们的大部分行程都是徒步或乘坐小型飞机，”奥斯汀说，他经常在新几内亚北部中部雨林的塞皮克河畔露营数周，在那里收集蜥蜴、蛇和青蛙。回到路易斯安那州立大学的实验室，他分析它们的基因物质，以更好地了解新几内亚的许多独特物种是如何从它们的近亲分化出来并形成独特的形态的。

奥斯汀发现的每一个新物种都是拼图的另一块。而且，由于全球气候变化的威胁日益严峻，他在这些偏远雨林中发现的东西可能会产生深远的影响。“我们正经历着有史以来最显著的灭绝模式之一，”他说。当前的温度飙升正在破坏脆弱的生态系统，并威胁着全球数百万种动植物的生存。“如果我们希望挽救这个星球，就需要了解灭绝和物种形成[新物种的产生]之间的平衡。”

加拿大北极地区2004 年，在美国科学家在北极荒野的一个偏远岛屿上，发掘出了一种化石鱼——玫瑰棘螈（Tiktaalik roseae）的遗骸，这种鱼大约在 3.75 亿年前首次爬到陆地上。这一发现加深了我们对这个关键进化里程碑的理解，并揭示了我们的远古祖先离开水体时发生的复杂身体变化。玫瑰棘螈是一种奇特的生物，兼具四足动物的四肢、头骨、颈部和肋骨，以及鱼类更原始的下颌、鳍和鳞片。它似乎是鱼类和陆地动物之间的中间阶段，是通往两栖动物、爬行动物和恐龙的进化链上的关键环节。

在五年前最终取得重大发现之前，研究人员已经对加拿大埃尔斯米尔岛（北极点以南 830 英里）进行了五次年度化石狩猎考察。那里的条件非常艰苦。即使在七月，当太阳永不落下的时候，也有零度以下的温度、强风和几乎持续不断的降雨。一天下午，团队的一名成员发现岩壁上似乎伸出了一个扁头鱼的口鼻部。

“我们认为我们会发现遗骸的其他部分在山里，事实也正是如此，”团队联合领导人、芝加哥大学进化生物学家尼尔·舒宾（Neil H. Shubin）说。“尽管我们经历了可以想象的最阴沉的天气，但我们欣喜若狂，无法言喻。”

新发现的化石鱼是一种可以长到九英尺的掠食者。研究人员认为，它生活在浅水淡水中，但能够离开水在陆地上移动。（“Tiktaalik”这个名字在因纽特语中意为“大型淡水鱼”。）在晚泥盆纪时期，近 4 亿年前，发现化石的地区靠近赤道，气候温暖，类似于亚马逊雨林的温带气候。随着地球大陆板块的移动，这片陆地漂移到了加拿大北极地区。

对玫瑰棘螈解剖结构的分析于去年十月完成，表明鳍演变成坚固的四肢伴随着其他解剖学创新，包括关节式颈部的雏形。“使这一谱系的动物能够开始利用陆地的原因不仅仅是改变鳍以适应四肢，还包括它们能够移动头部，从而在浅水中导航，”团队联合领导人、费城自然科学院古生物学家泰德·戴什勒（Ted Daeschler）说。“化石记录已经阐明了这些重大的进化转变。”

奇瓦瓦沙漠 坐落在高山环绕的山谷中的 Cuatro Cienegas，是墨西哥北部奇瓦瓦沙漠中的一片绿洲，拥有 400 多个由地下泉水供养的水池和泄水溪流。这些分散在 200 英亩土地上的闪闪发光的蓝色水池，栖息着 70 种地球上独一无二的动植物。该地区已成为科学家的圣地，部分原因在于出现了叠层石——由蓝绿藻形成的类似珊瑚礁的结构，这种藻类在多细胞动物出现之前非常丰富。Cuatro Cienegas 的独特生态系统可能揭示了引发寒武纪大爆发的因素，即大约 5.4 亿年前，简单单细胞生命发展成多种多细胞形态的关键时期。

“来自我们尚未确定的某个触发因素，动物生命发生了突然而爆炸性的多样化，”坦佩亚利桑那州立大学古生物学家杰克·法默（Jack Farmer）说。“Cuatro Cienegas 可能提供线索，因为控制该地区生物多样性的机制可能在寒武纪时期发挥了作用。”

科学家们发现，尽管这里的绿洲在数千万年前就已与海洋隔绝，但 Cuatro Cienegas 中大约一半的生物与海洋生物关系最密切。“海洋生物是如何来到离海洋如此远的地方的？”亚利桑那州立大学生物学家詹姆斯·埃尔瑟（James Elser）说，他定期前往该地。“一种理论是，它们是在地质系统形成时被沉积并被困在石灰岩中，直到数亿年后才被释放出来形成自己的生态系统。存在一个残余的社群——一个实验时空机器——研究它们现状可能会告诉我们过去的事情，”埃尔瑟补充道。

重症监护室 在一个理想的世界里，医院应该是病人康复的地方。不幸的是，医院的温室环境为我们提供了一个观察进化阴暗面的窗口。几乎每个病房都常常上演一场激烈的生存竞争，将本应无菌的表面变成了抗生素耐药细菌的孵化器。

由于传染性微生物繁殖迅速且数量庞大，它们的基因构成在几代人中的变化可以在短短几天内显现出来。此外，它们面临着巨大的自然选择压力：强效抗生素会杀死除最顽强的微生物变异体之外的所有微生物。这使得通常缓慢的进化速度大大加快。“这是最纯粹的达尔文主义，”研究耐药细菌的华盛顿大学西雅图分校进化生物学家卡尔·伯格斯特罗姆（Carl Bergstrom）说。

医院感染每年导致 90,000 人死亡——超过艾滋病、乳腺癌和流感之和。问题的严重性促使像伯格斯特罗姆这样的科学家与时间赛跑，他们试图利用他们对进化论的理解来减缓细菌产生耐药性的速度。伯格斯特罗姆的工具是计算机和数学，而他想法的试验场则是为他提供数据的医院重症监护室。

“我们不断发明新的抗生素，但细菌几乎立即就会进化出耐药性，所以我们一直在追赶，”他说。“我们如何才能最好地利用我们现在拥有的抗生素？我们正在使用数学模型来产生假设，关于我们如何塑造和改变处方实践，以最小化或延迟耐药性的进化。”

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《物种起源》。