为什么生命如此多彩？ | 红杉爱科学

摘要：今天，我们再一次迎来国际生物多样性日。今年的主题是“万物共生和美永续”，呼吁以人与自然和谐共生之道，创和美永续之路，进而推进全球生物多样性保护治理新进程。

今天，我们再一次迎来国际生物多样性日。今年的主题是“万物共生和美永续”，呼吁以人与自然和谐共生之道，创和美永续之路，进而推进全球生物多样性保护治理新进程。

地球生命共同体的每一次脉动，都与人类命运息息相关。从灰棕、柔和的主体色彩到今日的五彩斑斓，从雄孔雀炫目的羽毛到绚烂多姿的花朵，地球历经了一系列的进化——生命的色彩是基因密码的具象表达，是物种生存的底层逻辑的体现。在这个过程中，生物多样性构筑了人类生存的根基。

但一个不可否认的事实是：全球众多物种的遗传多样性正在加速丧失，那些承载着适应潜能的基因宝藏正悄然枯竭。我们不得不正视这一情况，因为每一片孔雀羽毛的虹彩，都是人类命运的镜像；每一朵花的绽放，都在为未来播种可能。

今日，我们将从地球生命色彩的进化说起，了解遗传多样性是如何影响生物的生存与发展，看看人类如何能够有效保护那些濒危的多彩生命。

生命的色彩进化

我们的远古地球，是一个以柔和的棕色、灰色和绿色为主的世界。但今天，我们的星球已被万花筒般的色彩所点缀。从雄孔雀炫目的羽毛到绚烂多姿的花朵，地球历经了一系列的进化，才得以如此五彩斑斓。然而，这场色彩的爆发是如何发生的？又为何会发生？

视觉的进化

生物世界向色彩敞开的旅程始于视力的进化。

早在6亿多年前，最早的生物或许仅能感知光明与黑暗。随着时间推移，视觉系统逐步进化，使生物能够感知更广泛的光谱。例如，三色视觉的进化与“寒武纪大爆发”（大约5.41亿年前）相吻合，那是生命迅速多样化的时期，高级感官系统也在这一阶段得到发展。

最早拥有三色视觉的动物是一类非脊椎动物——节肢动物（如昆虫、蜘蛛和甲壳类动物）。而在4.2亿至5亿年前，脊椎动物也开始具备三色视觉，使它们能够比单色视觉的生物更精准地识别猎物和捕食者，提高在环境中的导航能力。

化石证据提供了进一步的线索。例如，三叶虫——一类生活在5亿多年前的已灭绝的海洋节肢动物，就拥有复眼。这一视觉结构能够探测多种光波长，使三叶虫在昏暗的海洋环境中获得进化优势，提高运动感知能力和生存竞争力。

这些证据表明，生物在自身变得五彩斑斓之前，便已具备感知色彩的能力。

动植物的色彩革命

生命世界的第一场色彩革命由植物引领。早期的植物进化出了五彩斑斓的果实和花朵，如红色、黄色、橙色、蓝色和紫色，以吸引动物帮助传播种子和授粉。

基于现代植物变异的分析模型显示，彩色果实大约出现在3亿至3.77亿年前，并与以果实为食的动物（如哺乳动物的早期近亲）共同进化。相比之下，花朵及其传粉者的出现更晚，大约在1.4亿至2.5亿年前，这标志着地球色彩进化的重要转折点。

到了约1亿年前的白垩纪，被子植物（开花植物）的兴起进一步推动了色彩的大爆发。因为花朵为了吸引蜜蜂、蝴蝶和鸟类等传粉者，进化出了比种子更鲜艳的色彩，塑造了丰富的生态景观。

动物的显著色彩进化不早于1.4亿年前。在此之前，大多数动物的体色以柔和的棕色和灰色为主。色彩的进化并非必然，是由生态和进化因素塑造的，这些因素可能在不同的情况下导致不同的结果。

鲜艳的色彩通常是一种用于吸引配偶、震慑捕食者或建立等级优势的生存信号。不过，色彩的进化并不总是简单明了的。

例如，毒箭蛙的鲜艳色彩并非用于吸引配偶，而是一种警戒信号，用来警告捕食者它们具有毒性，但一些与毒箭蛙亲缘关系较近的物种虽然同样有毒，却进化出了伪装色，而非警戒色。

值得注意的是，不同物种感知的色彩并不相同。例如，人类看到的花朵颜色，与蜜蜂等传粉者所看到的并不一致。蜜蜂能够探测紫外线光谱，它们看到的花纹往往隐藏在人类视野之外，这显示了色彩是如何根据不同物种的生态需求进行定制的。

地球的色彩并非一成不变的。气候变化、栖息地丧失及人类活动正在改变颜色的进化压力，并可能重塑未来的视觉景观。例如，有研究发现，一些生活在受污染水域的鱼类正在失去鲜艳的色彩，因为污染物干扰了色素的合成或影响了视觉交流。

从遗传多样性出发，拯救濒危物种

在物种走向灭绝之前，它们的种群数量通常会显著减少并变得孤立。健康种群通常拥有丰富的基因库，内部循环着大量的遗传变异。然而，随着种群锐减，基因库逐渐缩小，遗传多样性的丧失会削弱物种应对疾病、气候变化等环境威胁的能力。

以金海带（Ecklonia radiata）为例，这种海藻偏好冷水环境。然而，群体中偶尔会出现更适应温暖水域的基因突变。2011年，当一场毁灭性的海洋热浪袭击澳大利亚西海岸时，携带“耐热”突变的个体表现出更高的生存率和繁殖率，帮助整个种群在变暖的环境中得以延续。

金海带。（图/John Turnbull/Flickr）

在一项发表在《自然》杂志上的研究中，来自20个国家的57名科学家系统梳理了过去30年超8万篇科学论文，评估了全球622个物种、36个分类群在141个国家的遗传多样性变化。研究结果令人震惊：全球众多物种的遗传多样性正在加速丧失，尤其以鸟类和哺乳动物最为明显。在受到栖息地破坏、新疾病传播、自然灾害以及人类活动（如狩猎和伐木）影响的地区，这一趋势尤为严重。然而，研究也强调——我们仍然有希望：通过科学的保护策略，可以有效维持甚至提升遗传多样性。

如何有效保护甚至恢复濒危物种的遗传多样性？为了解答这一问题，研究人员运用了一种名为“元分析”的方法，揭示了多种有助于维护遗传多样性的有效策略，以下五项被认为尤具潜力：

行动1：增加个体（补充种群）

向现有种群引入新个体被称为“补充”。研究发现，补充是唯一与遗传多样性显著增加直接相关的保护措施，特别在鸟类中效果突出。

补充种群有助于降低近亲繁殖的负面影响，这是小型孤立种群常见的问题。例如，在保护新西兰的南岛鸲鹟（Petroica australis）的项目中，研究人员将雌鸟在孤立的岛屿间迁移。与近亲繁殖的后代相比，这些跨岛繁殖的后代拥有更强的免疫系统、更高的存活率和更好的生殖能力。补充种群不仅能促进遗传多样性，还能提升种群健康，增强其环境适应力。

行动2：种群调控

与补充相反，有时“移除个体”也有助于提升种群健康，特别是在减少资源竞争方面。

但在种群控制研究中，遗传多样性的结果差异很大。那么如何有效地运用这个策略呢？

在一个案例中，美国的保育人士通过调控孵化场中的美洲红点鲑（Salvelinus fontinalis）数量，防止少数家族基因过度扩张。这种做法帮助维持了多样的基因谱系，从而提高了种群的整体遗传多样性。

行动3：生态系统恢复

生态系统恢复包括植树造林、湿地修复或恢复火、水等自然生态过程。研究表明，生态恢复有助于长期维持甚至提升遗传多样性。

以草原松鸡（Tympanuchus cupido）为例，这种鸟类因栖息地丧失而濒临灭绝。研究显示，恢复并扩展其栖息地不仅有助于种群复苏，更是维持其遗传多样性、实现长期保护的关键。

某些野生、有害或数量过剩的物种可能会对濒危物种造成威胁，如抢占资源或直接捕食。新的研究表明，控制这些物种可以有效帮助濒危种群恢复遗传多样性。

例如，瑞典通过控制赤狐（Vulpes vulpes）的数量，成功帮助北极狐（Vulpes lagopus）种群恢复。这一策略减少了食物竞争，同时引入来自挪威的北极狐新个体，也降低了近亲繁殖的风险，提升了种群的生存能力。

在新的区域建立种群被称为“保护引种”，而在物种曾经存在的区域恢复种群则称为“再引入”。

研究人员发现，这种行动下的遗传多样性的结果好坏参半。那么，哪些因素有助于成功呢？

西澳大利亚的案例表明，从健康的岛屿种群中再引入大量金袋狸（Isoodon auratus）到三个新栖息地，经过六代繁衍后，这些新种群的遗传多样性与原始种群相当。成功的关键在于：初期种群规模足够大、基因库多样且管理得当。