摘要：进化生物学正面临一个颠覆性发现。德国美因茨约翰内斯古腾堡大学的研究团队通过一项创新实验证实，即使从未直接接触的物种也能深刻影响彼此的遗传进化。这一突破性成果发表在《美国国家科学院院刊》上，揭示了自然界中一种此前被严重低估的进化机制——间接生态效应驱动的快速进化

信息来源：https://phys.org/news/2025-08-species-interact-profoundly-evolution.html

进化生物学正面临一个颠覆性发现。德国美因茨约翰内斯古腾堡大学的研究团队通过一项创新实验证实，即使从未直接接触的物种也能深刻影响彼此的遗传进化。这一突破性成果发表在《美国国家科学院院刊》上，揭示了自然界中一种此前被严重低估的进化机制——间接生态效应驱动的快速进化。

马丁·舍费尔博士正在从其中一个测试池塘取水样。图片来源：Christoph Walcher

研究团队在瑞士联邦水科学技术研究所的实验池塘中发现，生活在水面浮萍上的蚜虫竟能影响池底水蚤的基因组构成。这两个物种栖息在完全不同的生态位中，从未有任何直接互动，却通过一连串复杂的生态级联效应实现了跨界的进化影响。这一发现不仅挑战了传统进化理论，也为理解复杂生态系统的动态变化提供了全新视角。

负责这项研究的徐树青教授表示："我们发现，陆地蚜虫影响了水蚤的进化，尽管这两个物种从未接触过。整个相互作用是由一系列物种相互作用和共同环境所介导的，突显了一种至关重要但经常被忽视的进化机制。"这一观察结果将迫使科学界重新审视进化生物学的基本假设。

复杂的生态级联反应

这项实验在容量达15000升的人工池塘中进行，研究人员精心设计了对照组和实验组来追踪这种间接影响的机制。在实验池塘中，研究者引入了以浮萍为食的蚜虫，然后细致观察这一变化如何层层传导影响整个水生生态系统。

蚜虫对浮萍的取食活动触发了一连串意想不到的生态反应。当蚜虫大量啃食浮萍时，浮萍的繁殖能力显著下降，导致水面覆盖度减少。这种变化允许更多阳光穿透到池塘深处，为水中藻类的光合作用提供了更充足的光照条件。

光照增加直接促进了池塘中藻类的繁殖和生长。这些新增的藻类不仅与浮萍竞争光照和营养资源，更重要的是为水蚤提供了丰富的食物来源。水蚤是微小的水生甲壳类动物，以藻类为主要食物，藻类数量的增加为它们创造了更加优越的生存环境。

德国水产科学研究院的克里斯托夫·沃伯格教授解释了这一过程："我们持续记录了池塘的变化。在实验的第二年，我们记录到水蚤数量的增加，因为藻类生长得更好，它们获得了更多的营养。"这种看似间接的食物链效应实际上创造了完全不同的选择压力环境。

通过每两周一次的系统性采样和分析，研究团队监测了温度、营养物质含量、氧气水平等关键环境参数的变化。同时，他们详细记录了蚜虫、浮萍、藻类和水蚤的种群密度变化，绘制出了这个复杂生态系统中物种间相互作用的完整图谱。

基因组层面的进化证据

最令人震惊的发现来自基因组分析。研究团队对实验池塘和对照池塘中的水蚤进行了全基因组测序，结果显示两组水蚤在遗传层面已经出现了显著分化。这种基因组差异的规模之大，足以证明在相对较短的时间内就发生了实质性的进化变化。

现任美国克莱姆森大学助理教授的安东尼诺·马拉克里诺分析了这些基因组数据："我们发现基因组中许多位置存在明显差异。测试池和对照池中的水蚤进化出了两个不同的方向——这是由蚜虫的存在和不存在造成的。"这种遗传分化表明，间接的生态效应具有足够强的选择压力来驱动快速的进化响应。

更重要的是，这种进化变化并非随机的遗传漂变，而是具有明确适应性意义的定向选择结果。基因组分析显示，发生变化的基因位点主要涉及营养代谢、环境适应和生长发育等关键生物学过程，这些变化使水蚤能够更好地利用藻类丰富环境中的资源。

为了验证这些遗传变化的功能意义，研究团队进行了交叉移植实验。他们将蚜虫池塘中进化出的水蚤转移到对照池塘中，同时将对照池塘的水蚤转移到蚜虫池塘中，然后观察它们的适应性表现。

进化适应的代价与反馈

实验结果揭示了进化适应的复杂性。来自蚜虫池塘的水蚤在对照池塘中表现不佳，显示出明显的适应性下降。这表明它们为了适应藻类丰富的环境而进化出的特征，在原始环境中反而成为了负担。相反，对照池塘中的水蚤却能较好地适应蚜虫池塘的环境。

马丁·舍费尔博士总结了这一发现："水蚤适应蚜虫环境是有代价的。"这种现象在进化生物学中被称为进化权衡，即生物体为了在一种环境中获得优势而必须牺牲在其他环境中的适应性。

更加有趣的是，研究团队还发现了生态系统中的反馈效应。水生群落的变化反过来也对蚜虫产生了积极影响。温度升高、营养物质浓度增加以及水蚤数量的增长都促进了蚜虫种群的繁荣，形成了一个正反馈循环。

这种双向的间接影响揭示了生态系统中物种间关系的惊人复杂性。传统上，生态学家倾向于研究直接的捕食-被捕食关系或竞争关系，但这项研究表明，通过环境介导的间接效应同样能够产生强烈的进化后果。

研究还发现，这种间接影响的强度可能超过许多直接相互作用。由于涉及多个中间环节，小的初始变化可能通过级联放大产生巨大的最终效果。这种现象在复杂网络理论中被称为"蝴蝶效应"，在生态进化研究中却鲜有详细验证。

徐树青教授强调了这一发现的broader意义："我们现在首次能够直接证明，实际上没有接触的物种可以影响彼此的进化。"这一结论将迫使进化生物学家重新考虑物种相互作用的定义和研究方法。

传统的进化研究往往专注于单一物种或简单的双物种系统，但现实中的生态系统包含数百甚至数千个相互关联的物种。如果间接效应能够驱动快速进化，那么孤立研究的结果可能无法准确反映自然条件下的进化过程。

这项研究成功的关键在于国际合作和跨学科整合。研究团队结合了浮萍生态学、水蚤遗传学、水生生态系统管理等多个专业领域的专长，才得以揭示这种复杂的跨栖息地进化机制。

来源：人工智能学家