作者:赵熙熙 来源:中国科学报 发布时间:2016/3/10 8:54:57
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美建种子库用于复活试验
将研究气候变化对植物进化造成的影响

约书亚树是“项目基线”种子库中若干物种之一。图片来源:Michael Marquand/Getty

本报讯 超过500万粒种子如今正冷冻在美国科罗拉多州柯林斯堡的一间零下18摄氏度的地下室中,它们注定要等上50年,直到进化科学家获得许可用其进行试验。

与大多数旨在保护生物多样性的种子库不同,“项目基线”计划被设计用来确保对植物正在如何进化以响应气候变化和环境退化进行精准的对照研究。这些种子采集自遍及美国大陆的250个地区,并被储存在该国农业部的一座设施中。这些种子代表了约60个物种。

在美国科学基金会(NSF)一笔130万美元经费的支持下,科学家从2012年开始采集种子。他们小心翼翼地在各种各样的环境中收集标本,并且覆盖了大量的植物型——从小萝卜到标志性的约书亚树。

该项目首席研究员、德鲁斯市明尼苏达大学植物学家Julie Etterson说,种子采集阶段现在已经完成。在今年早些时候,她和同事在《美国植物学杂志》上发表了一篇论文,向公众介绍了“项目基线”计划。

为了摸清物种是否正在进化以响应人类的压力,例如气候变化,科学家之前曾观察生活在不同地区类似物种的差异,或随着时间推移对一个地区进行研究,进而绘制植物如何同地区一道变化。但这些研究很难区分这究竟是进化结果导致的变化还是单株植物对环境变化的响应能力,即可塑性。

而“项目基线”计划将允许科学家使存储的种子与进化剩下的植物肩并肩生长——在相同条件下,任何差异皆可以归因于进化。

在东兰辛市密歇根州立大学从事细菌进化研究的Richard Lenski说:“我认为这是很棒的想法。”他表示:“从某种程度上说,博物馆的标本,甚至是天然的种子库将使得科学家可以进行这些比较,但是没有这一研究计划所赋予的深入、系统和深思熟虑的方式。”

该计划可以探讨的问题包括在一些植物中观察到的早期开花现象连同全球变暖是否可以归因于进化或可塑性,以及同一物种的不同种群之间进化速度有何不同。基因测序将帮助研究人员找到哪些基因与被选择出来的特征有关。

它还可以对预测进行测试,例如低的遗传变异增加灭绝率,以及进化的发生通过许多小的遗传变化而不是一些大的变化。Etterson说:“假设的清单真的仅限于想象。”

“项目基线”计划给一个被称为复活生态学的领域注入了活力。其最著名的实验就是孵化自然保存于湖泊沉积物中的无脊椎动物的卵,并将后代与最近产的卵相比较。

纽约州伊萨卡市康奈尔大学环境科学家Nelson Hairston认为,由于“项目基线”计划积极为未来的研究奠定基础,而不是依靠大自然在过去所隐藏的“秘密”,因此是一个“有远见的项目”。

复活生态学先锋、霍顿市密歇根科技大学生物学家Charles Kerfoot强调,该计划在那些假定有可能观察到环境变化的地域收集种子,但这些差异肯定缘于气候变化。他说:“这是毫无疑问的。”

然而科学家到底要在什么时候唤醒这些冷冻在地下室中的种子尚不清楚。“项目基线”计划预计将于2018年启动,并且Etterson估计第一批种子最早可能在2020年种植。她希望该计划在自己退休之前至少能够有所收获。

研究人员表示,与一般的进化研究以及NSF的一般资助相比,“项目基线”计划的时间尺度很长,但这也让该计划变得与众不同。资助该计划的NSF项目主管Samuel Scheiner表示:“这真的很不同,但如果我们想要研究全球变化,那么这正是我们所要做的。”(赵熙熙)

《中国科学报》 (2016-03-10 第2版 国际)
 
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