探索进化与物种分化之间的关系

自从达尔文发表了具有里程碑意义的物种进化理论以来，生物学家一直着迷于使进化成为可能的复杂机制。

　　

自从达尔文发表了具有里程碑意义的物种进化理论以来，生物学家一直尝试探究使进化成为可能的复杂机制。在研究进化论时要考虑两个尺度。宏观进化涉及在长时间尺度上的模式，因种系而异。微观进化是推动种群在几代内进化的机制，当地适应问题往往是焦点。进化生物学家一直在努力理解和修正在不同尺度上观察到的生物进化模式。

微观进化的机制是否也能解释物种的宏观进化? 刚刚发表在《科学》杂志上的一篇新论文表明，种群在几代的时间内进化和适应的能力，即进化能力，有效地帮助我们理解进化是如何在更长的时间尺度上进行的。

通过汇编和分析来自现有物种和化石的大量数据集，研究人员能够证明，进化能力——对应许多不同特征的微进化——能预测相隔100万年的种群和物种之间观察到的变化量。NTNU生物系教授，该论文的资深作者Christophe psamabon说：“达尔文认为物种是逐渐进化的，但我们发现，即使种群在短期内迅速进化，这种(短期)进化也不会随着时间的推移而积累。然而，平均而言，在很长一段时间内，种群和物种的差异仍然取决于它们在短期内进化的能力。”

来自生物和化石的大数据集

对选择作出反应和适应的能力，即进化能力，取决于可遗传(遗传)变异的数量。研究人员首先编制了一个庞大的数据集，其中包含了现存种群和物种的可进化性，这些数据集来自公开可用的信息。然后，他们根据种群和物种的不同特征，如喙的大小、后代的数量、花的大小等，绘制了进化性。他们还检查了150种不同谱系的化石信息，其他研究人员在这些化石中测量了短至10年，长至760万年的化石形态特征的差异。他们发现，具有较高可进化性的特征在现有种群和物种之间的差异更大，而具有较高进化能力的特征在两个连续的化石样本之间存在差异的可能性更高。在种群之间或连续的化石样本之间，进化能力较低或变异性小的特征不会发生太大变化。

环境波动是关键

具有较高进化能力的性状变化迅速，因为它们能够更快地对环境变化作出反应。环境——诸如温度、可获得的食物类型或任何其他对个体生存和繁殖重要的特征——是进化变化的驱动力，因为种群试图适应自己的环境。通常情况下，环境每年或几十年都在变化，在稳定的平均值上下波动。这就产生了选择方向上的波动。

高度可进化的性状可以迅速对这些选择中的波动作出反应，并将随着时间的推移以高幅度波动。进化性较差的性状也会波动，但波动速度较慢，因此波动幅度较低。“地理上彼此相距遥远的种群或物种暴露在波动不同步的环境中。因此，这些种群将具有不同的性状值，而这种差异的大小将取决于性状波动的幅度，因此也取决于性状的可进化性。”

对生物多样性的影响

研究人员的结果表明，在过去，自然选择和环境一直相对稳定。随着气候变化，事情正在迅速变化，而且主要是朝着一个方向变化。这可能会强烈影响选择模式，以及物种如何适应仍在波动的环境，但在几十年的时间内也不再稳定的最佳环境。“有多少物种能够追踪并适应这些最佳状态还不确定，但最有可能的是，这将对生物多样性产生影响，即使是在很短的时间内。”

结论

遗传变异是进化变化的先决条件，但遗传约束在宏观进化时间尺度上的相关性仍存在争议。通过使用两组化石和当代类群的数据进行分析表明，随着微进化进化能力的增加，种群之间的进化分歧，以及物种之间的较小程度的进化分歧增加。种群和物种分化的进化能力可以通过遗传约束对种群追踪快速、稳定的环境波动能力的影响来解释。