研究表明全球变暖正在推动果蝇的快速进化反应

阿拉巴马大学伯明翰分校的研究人员发现，过去年气温上升和热浪来袭加速了欧洲森林中常见的果蝇种群出现基因变异，从而提高了它们对高温的耐受力。

进化反应是通过增加物种个体中已存在的遗传变异的相对频率(而不是新的变异)而产生的。因此，这意味着全球变暖的速度可能使遗传变异水平较低的物种面临风险。

研究全球变暖对进化的影响是一项艰巨的任务。目前的研究很少，现有的研究可以追溯到上世纪末。

为了在全球变暖加剧的背景下更新对这些进化反应的监测，UAB 遗传学和微生物学系的研究人员 Francisco Rodríguez-Trelles Astruga 和 Rosa Tarrío Fernández 研究了果蝇 (Drosophila subobscura) 的基因变异，这种蝇比家蝇小得多，在欧洲许多森林中很常见。

在该物种中，气候适应是由一种称为染色体倒位多态性的遗传变异介导的。某些倒位(一种改变基因组片段方向的突变)使个体对寒冷温度具有更高的耐受性，而另一些则使个体对高温具有更高的耐受性。

阿拉巴马大学研究人员的研究结果发表在《自然气候变化》杂志上，证实了之前的研究结果，即有利于耐热性的逆温比例增加，有利于耐寒性的逆温比例减少。这项研究首次表明，在过去年里，在更长更强烈的热浪影响下，这种模式在欧洲温带地区和地中海地区以前所未有的速度加速。

Rodríguez-Trelles 解释说：“这项研究始于 2015 年，包括实地和实验室的艰苦工作。我们花了四年时间在欧洲不同纬度的 12 个地方采集了果蝇样本。当地居民讲述了他们目睹从未见过的热浪的经历。后来，我们在 UAB 的实验室对每个样本进行了基因鉴定。”

研究人员在奥地利维也纳采集了样本;比利时鲁汶;拉格拉斯、蒙彼利埃和维拉尔，法国;德国蒂宾根;荷兰格罗宁根;瑞士洛伊克;西班牙马拉加、蓬翁布里亚、里巴罗哈德图里亚和奎拉尔布斯。

12 个欧洲采样点及其相对于地中海-温带气候过渡区的分布。来源：《自然气候变化》(2024 年)。DOI：10.1038/s41558-024-02128-6

预测表明，如果不加大力度减缓全球变暖，到 2050 年，该物种的中欧种群将在基因上与南欧种群难以区分。

阿拉巴马大学遗传学博士项目协调员 Rodríguez-Telles 教授表示：“这是闻所未闻的，因为它是教科书中出现的模型物种，是遗传变异如何帮助适应不同纬度气候的一个例子。”

除了已经存在的逆转现象外，研究人员没有在果蝇样本中发现任何新的逆转现象，这使他们得出结论，新的逆转现象出现的速度太慢，无法弥补温度的升高。鉴于越来越多的昆虫物种在进化上适应全球变暖的能力不如果蝇，这一观点尤其令人担忧。

可塑性和进化，应对气温升高的适应机制

正如科学预测的那样，人类造成的全球变暖持续恶化，不良后果正在不断积累。生物适应温度升高主要有两种方式：可塑性和进化。前者在个体层面起作用，而后者在种群和物种层面起作用。可塑性的例子包括生理适应或迁移到温度更适宜的地方。

当温度升高超过某些个体的适应能力，且没有热庇护所时，物种的生存就依赖于基因上更耐热的个体。这时就会引发进化，这也是本研究分析的响应机制。

“观察进化对全球变暖的反应既是好消息也是坏消息，”罗德里格斯-特雷勒斯解释道。

“好的一面是，这意味着存在一些基因变异可以帮助忍受热压力。坏的一面是，这意味着那些耐热基因变异不足的不幸物种将亡。此外，如果全球变暖发展得太快，持续时间太长，即使是那些耐热性较高的物种也可能亡，从而导致物种灭绝，”他总结道。