根據賓夕法尼亞州立大學生物學家領導的一項新研究，兩種相反的進化力量解釋了賓夕法尼亞州池塘中存在兩種不同顏色的斑點鈍口螈卵團的原因。了解維持野生種群生物多樣性的過程是生物學的一個核心問題，可能讓研究人員預測物種將如何應對全球變化。

斑點鈍口螈（Ambystoma maculatum）是一種廣泛存在的物種，出現在美國東部，並在春季回到臨時池塘繁殖。雌性蠑螈將卵產在稱為卵團的卵塊中，卵團為不透明的白色或完全透明。雌性在其一生中產下相同顏色的卵團，但目前還不清楚是什麼原因導致了不同的顏色，或者這些顏色中的任何一種顏色是否賦予了卵的優勢–例如，如果一種顏色對捕食者來說不那麼明顯。

“我們通常認為進化是在幾百年或幾千年的時間裡運作的，但實際上，在一個系統中起作用的進化過程可以影響每一代動物，”賓夕法尼亞州立大學的Eberly博士後研究員和研究小組的領導者Sean Giery說。”在這項研究中，我們重新調查了最初在20世紀90年代初研究的池塘，這給了我們一個獨特的機會來探索形成我們今天看到的兩種卵團顏色類型或形態的頻率的進化過程。”

Giery重新調查了賓夕法尼亞州中部的31個池塘網絡，注意到了蠑螈卵團的顏色以及每個池塘的環境特徵。這些池塘最初是由時任賓夕法尼亞州立大學生物學教授Bill Dunson和他的學生在1990年和1991年進行調查的。新研究於2021年4月14日發表在《生物學通訊》雜誌上。

研究小組發現，在過去的30年裡，蠑螈的種群規模和池塘化學成分保持穩定。當對整個區域進行平均時，每種卵團形態的總體頻率也保持不變–在1990年和2020年都有大約70%的白色卵團–但在許多情況下，單個池塘內的頻率發生了巨大的變化。

“在單個池塘的規模上，這是一個極其動態的系統，”Giery說。“它們不只是達到一個頻率並保持在那裡。通過關注單個池塘而不僅僅是整個區域，我們可以挑明是什麼在驅動這些種群頻率的變化。在這種情況下，我們發現了兩個相反的進化過程–選擇和漂移。”

研究人員發現了一種被稱為基因漂移的進化過程的強烈信號，它可以導致形態頻率因偶然性而改變。在小種群中，漂移更有可能產生重大影響，例如其中一種形態完全消失。正如預期的那樣，由於漂移，研究人員發現，在卵團較少的池塘中，每種形態的頻率變化更為顯著。

“然而，沒有一個池塘完全轉向一種形態或另一種形態，這表明可能還發生了其他事情，”Giery說。“我們發現，在20世紀90年代處於極端的池塘–具有高頻率的清澈或高頻率的白色卵團–變得不那麼極端，向該地區的整體平均值轉移。這支持了’平衡選擇’在這個系統中運行的觀點。”

平衡選擇是自然選擇的一種類型，可以幫助保存種群中的多種性狀或形態。根據Giery的說法，卵團顏色中平衡選擇的一種可能的解釋是，池塘中罕見的形態–不管實際顏色如何–具有優勢，這將導致罕見的形態變得更加常見。另一種可能性是，白色形態在一些池塘中具有優勢，而透明形態在其他池塘中具有優勢，蠑螈在池塘之間的移動導致了兩種形態的持續存在。

“最終我們發現了這兩個進化過程之間的緊張關係，遺傳漂移可能導致這個系統的多樣性減少，而平衡選擇則致力於維持它，”Giery說。

研究人員目前正在調查賓夕法尼亞州以外的池塘中的卵團，以探索其他地區的形態頻率是否不同，以及這些進化過程是否在更大範圍內以同樣的方式運作。

“雖然我們在這項研究中沒有看到卵團顏色和環境特徵之間的關係，但更大範圍內的環境特徵可能會推動每個區域的最佳頻率，”Giery說。“通過觀察更大的尺度，我們可以更好地了解是否存在區域最優，以及如何維持它們。了解維持生物多樣性的過程可能最終會幫助我們預測野生動物將如何適應我們不斷變化的世界。”