1859年当查尔斯·达尔文首次阐述进化论时，他推测自然选择的过程会导致物种随着时间推移适应环境。他认为帮助生物体生存的特征会遗传给后代，后代会把这些特征传给更多的后代，最终导致我们今天看到的生物多样性。只有一个问题，达尔文并不真正理解自然选择是如何起作用的。科学家们花了几十年的时间才发现基因和性状是如何遗传下来的——1953年沃森和克里克以揭示DNA的双螺旋形状而闻名。威廉与玛丽学院(William & Mary)生物学助理教授乔希?普兹(Josh Puzey)认为，从达尔文理论到绘制基因组的轨迹中，有一个缺失环节。Puzey想要解释为什么在物种内部存在这样的变异。如果自然选择就像达尔文预测的那样强大，那么为什么一个物种中的个体不能完全区分开来，并且同样地适合呢？
博科园-科学科普：一个简单，虽然可能有点天真的期望，是不应该有变异，因为自然选择已经把物种推向一个单一的最佳状态。所以问题是：面对自然选择，基因变异是如何持续存在的？这是一个离解决问题更近一步的问题。他与人合著的一篇论文《选择性权衡维持植物复杂性状变异的等位基因》发表在《科学》上。这项研究发现了自然选择和遗传变异之间的关键联系。Puzey的合著者包括Ashley Troth, Rebecca Kim, John Willis和John Kelly，研究由美国国立卫生研究院和国家科学基金会资助。Puzey说这项研究是一个突破，因为它是第一个将表现型(身体特征)和适应性(繁殖和留下后代的能力)与基因型(编码到个人DNA中的特征)联系起来的研究。要理解表现型和基因型的区别，想想火烈鸟吧。火烈鸟吃了某种虾后会变成粉红色。
虾的饮食会改变火烈鸟表型和颜色，但不会直接影响火烈鸟的基因型。表型快速变化是环境变化的直接结果。基因型的变化是世代相传，通过遗传给后代。Puzey说：认为进化和自然选择总是试图找到一种更合适的表型，当你在山的一侧有成千上万的野花时，如果进化已经进行了好几代，你会预测它们会有相同的表型。但没有，所以进行了一项蛮力研究来解决这个问题Puzey是来自4个美国研究机构科学家团队的一员，收集和分析了生活在俄勒冈州铁山地区187种不同的seep猴野花(Mimulus guttatus)种子。利用这些种子，研究人员能够对每一朵花的基因组进行测序。然后回到俄勒冈州，在原来收集种子的那座山上种下了排序好的种子。
生物学助理教授乔希·普兹(Josh Puzey)是一项利用野花将自然选择和基因变异联系起来的研究合著者。图片：Josh Puzey
研究小组在两年的时间里对每棵幼苗进行了监测，并在此过程中测量它们的健康状况。记录了每朵花产生多少种子，每朵花开花情况如何，如果花达到生殖成熟。利用这些个体，能够将基因型和表现型联系起来，随着花朵的生长，知道下面的基因发生了什么，以及这些基因是如何与表型联系在一起，这才是这项研究真正新颖的部分。这个团队能够识别出基因组中控制开花时间和花朵大小的特定区域，发现同一区域控制着这两种性状，晚开的花比早开的花开得大。研究人员发现，作为表型的一部分出现的特征（每个个体的长相）与基因型有物理联系。简单地说，这些花随着时间的推移而进化，以保持花朵大小的遗传变异，因为这有助于它们的生存。
自然选择选择最适合当地环境的表现型，但如果这种环境总是波动的，那么自然选择可能会采取行动来维持遗传变异，以应对环境对它的影响。发现在这一年里，子代健康状况取决于成长环境。在一年内，由于雪融化，有一个短时间的可用水量。短暂的湿润期之后紧接着是夏季的快速到来。在这些条件下，长得更小、更早的渗出型猴花更容易成熟。第二年，春雨持续的时间更长，而夏季的干旱则来得更晚。在那一年，研究人员发现长得更大、更晚的个体更健康。有时小花受青睐，有时大花受青睐，这取决于湿润程度。因此对于‘面对自然选择，基因变异如何维持？这个问题只有一个答案，年际变异选择了相反年份的交替遗传组合和交替表型，允许变异持续存在。由于渗透猴花的基因组成非常适合年际气候波动，研究人员想知道在野花中保持的基因变异是否有利于适应气候变化。
铁山地区的气候波动如此剧烈，以至于研究人员认为，在渗透猴种群中的遗传多样性应该允许它适应长期的气候变化。图片：Josh Puzey
这是一个更实用的保护问题，这些自然种群中是否存在足够的变异来迅速适应全球气候变化？铁山地区的气候波动如此剧烈，以至于研究人员认为，在渗透猴种群中的遗传多样性应该允许它适应长期气候变化。塞普猴花的好消息并不一定意味着其他铁山野生动物的好消息。开花时间和花的大小的变化对授粉者如采蜜蜂有直接影响。觅食模式的任何变化都可能影响其他野花，并影响什么物种在什么时间开花，这关系到整个生态系统。虽然这为Mimulus在面对气候变化时描绘了一幅前景光明的画面，但是研究中没有涉及到很多相互作用，随着气候变暖，其中一些可能会完全解体。
博科园-科学科普｜参考期刊文献 :《Science》｜研究/l来自：威廉玛丽学院，DOI: 10.1126/science.aat5760
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