棲息地喪失和氣溫變化等問題已經將許多動物推向了滅絕邊緣，而氣候變化加劇了這一趨勢。在氣候變化的背景下，哪些物種能及時地適應新環境並存活下來？它們又會做出怎樣的改變？一種小小的魚類或許能為科學家提供答案。
加拿大麥吉爾大學的研究人員通過基因組測序發現，一些魚類，比如三刺魚（學名 ：Gasterosteus aculeatus）， 可以非常迅速地適應極端的季節變化。這一發現將有助於科學家預測這些魚類種群的未來進化趨勢。
三刺魚。由季節性變化導致的三刺魚基因變化或許能幫助科學家預測特定物種如何適應新的環境
三刺魚是進化生態學家的熱門研究對象之一，因其具有不同形態、大小和行為而聞名。它們甚至在海水和淡水中都能生存，其適應溫度範圍也很廣。那麼，究竟是什麼原因使這一物種具有如此強大的適應性？
想要確定適應性——比如對淡水環境或對氣候變化的反應——的遺傳基礎並不容易，科學家需要克服諸多挑戰。麥吉爾大學生物學系的博士生阿蘭·加西亞-埃爾夫林說：“現代版的達爾文自然選擇進化論認為，生物體如果擁有更有利於生存和繁殖的基因，往往就會比同輩留下更多的後代，導致這種基因在未來幾代中頻率增加。因此，隨着時間的推移，種群的適應性會更高，或者說更適應它們所處的環境。”
“不過，對這一過程的研究通常是回顧性的，研究對象是那些很久以前就適應了當前環境的種群。這使得人們很難理解導致它們適應新環境的一系列事件，比如出現了哪些最重要的性狀，在什麼時候出現，”加西亞-埃爾夫林補充道。
三刺魚甚至在海水和淡水中都能生存，其適應溫度範圍也很廣
進行中的自然選擇
為了研究自然選擇的實際作用，研究人員利用基因組測序方法，追蹤了 6 個三刺魚種群在環境季節性變化前後的基因改變情況。這些三刺魚分佈在加州沿岸的不同河口，為實時研究自然選擇提供了難得的機會。潮濕的冬季和乾燥的夏季會導致三刺魚的棲息地結構出現季節性的劇烈變化，改變淡水與鹽水的平衡，只有那些能夠忍受這種快速變化的魚類才能存活到下一個季節。
在乾燥的夏季，由於沙洲的形成，河口會周期性地與海洋隔絕。加西亞-埃爾夫林的導師、麥吉爾大學的加拿大生物多樣性科學首席科學家羅恩·巴雷特教授說：“這些變化可能類似於一萬年前冰川消退後，三刺魚種群在許多新形成的淡水湖上定居時所經歷的棲息地改變。我們希望能深入了解發生在很久以前，由自然選擇導致的基因變化。”
美國加利福尼亞州的聖克魯斯河口
值得注意的是，研究人員發現了棲息地季節性變化導致基因變化的證據，而這也反映了淡水和鹹水種群之間長期存在的差異。加西亞-埃爾夫林說：“這些在獨立種群中出現的基因變化就發生在單個季節里，表明自然選擇的影響是可以非常迅速地被檢測到。”
這些發現十分重要，因為它們表明，我們或許可以利用過去進化出來的基因差異，來預測未來人類將如何適應氣候變化等環境壓力源。
這項研究也強調了在動態環境（比如建壩河口）中研究物種的重要性，這可以幫助我們更好地了解自然選擇是如何運作的。研究人員計劃在下一步研究中檢測這些基因變化是否每年都會出現，以了解這些基因變化的可重複性，以及能否利用這些結果可靠地預測三刺魚種群的未來進化。相關的研究結果已發表於近期的《分子生態學 》（Molecular Ecology） 雜誌上。