《Evolution Letters》：Environmental predictability drives different routes to adaptation
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本研究针对气候变化下环境可预测性如何塑造物种适应机制这一关键问题，通过巧妙的实验设计将果蝇（Drosophila melanogaster）种群分别置于恒定、可预测波动和随机波动三种热环境中进行长达11代的进化实验。研究人员创新性地采用塑性测定（PA）和共同花园测定（CG）双验证方法，首次明确区分了可预测与不可预测环境条件下表型可塑性与遗传适应的相对贡献。结果发现可预测波动环境促进抗逆性长寿的进化，而随机波动环境则导致即时生存代价和构成型繁殖约束，这一发现挑战了"环境变异普遍选择增强可塑性"的传统观点，为预测气候变化下物种存续提供了关键理论依据。
当全球进入人类世，气候变化不仅推升了平均温度，更带来了日益频繁的热异常事件和环境不可预测性，这对物种存续构成了严峻挑战。面对这种变化，生物究竟是通过表型可塑性（个体在生命周期内调整性状的能力）还是遗传进化来适应？传统观点认为可塑性是应对快速环境变化的主要机制，而遗传适应则过于缓慢。然而，新兴研究表明这两种机制可能协同作用，同时亲代环境通过跨代效应影响子代表型的现象也越来越受到关注。
尽管已有研究揭示了生命史性状在面对环境变化时展现出的惊人灵活性，但区分可塑性响应与进化适应各自贡献的研究仍面临挑战。特别是环境变化的可预测性这一维度，为理解适应机制增添了新的复杂性：当环境像季节性温度循环那样可预测时，生物可能进化出强大的可塑性响应；但当环境变化变得不可预测时——这正是气候变化下越来越常见的现实——物种又会采取怎样的适应策略？
针对这一科学空白，牛津大学Anna C. Vinton领导的研究团队在《Evolution Letters》上发表了一项创新性研究。他们设计了一个精巧的实验，将黑腹果蝇种群分别暴露于三种热环境中：恒定27°C、可预测波动（27°C±6°C固定昼夜循环）和随机波动（相同温度范围但每周随机重排）。通过11代的进化实验，研究人员系统评估了不同环境 predictability 如何通过可塑性和进化机制影响生命史性状。
研究方法上，团队采用了双测定策略：塑性测定（PA）直接测试来自进化环境的果蝇，捕捉总表型响应；共同花园测定（CG）则通过两代标准化饲养后测试，分离遗传变化。这种设计能够明确区分即时塑性响应与进化变化。实验在特定温度控制的培养箱中进行，使用长期维持的Dahomey野生型果蝇种群，建立了每种热处理的三个重复种群。关键实验技术包括控制温度波动的精确编程、标准化的幼虫密度培养方法、以及系统的生存和繁殖力数据收集。统计分析采用Cox比例风险模型分析生存数据，负二项广义线性模型分析繁殖力数据，通过模型比较评估进化环境与测试温度的交互作用。
生存分析揭示环境可预测性的差异化影响
在塑性测定中，当果蝇直接从其进化环境测试时，随机波动环境中的种群显示出较短的寿命，而可预测波动环境中的种群与恒定环境无显著差异。这表明不可预测环境带来了即时生存代价。
然而，在共同花园测定中，当亲代效应被移除后，出现了截然不同的模式：可预测波动环境中的种群进化出了更长的寿命，尤其是在高温条件下，而这种益处在塑性测定中被掩盖了。
繁殖力分析显示不同的适应策略
对于繁殖力，塑性测定中主要受测试条件而非进化历史影响，所有种群都保持相似的可塑性响应。而在共同花园测定中，随机波动环境中的种群进化出了构成型低繁殖力，但这种遗传代价在塑性测定中被完全掩盖。
研究还发现，高温对所有种群的生存和繁殖都产生一致负面影响，表明存在热适应的基本约束。更重要的是，种群进化出了不同的平均性状值，但保持了相似的热反应规范斜率——即环境可预测性塑造了性状的平均值而非可塑性模式本身。
这项研究首次在实验上证明了环境可预测性从根本上决定了哪些生命史性状进化。可预测环境有利于抗逆性长寿的进化，而不可预测环境则导致不同的繁殖策略。这种生存与繁殖之间的生命史二分法挑战了现有理论，揭示了环境可预测性不仅影响适应幅度，更决定了适应的目标。
研究发现的可塑性响应掩盖进化适应的现象尤为重要，表明单次测定评估可能严重低估适应潜力或错误识别进化性状。当亲代效应通过共同花园饲养被移除后，对可预测与随机环境变异的响应模式展现出差异，强调了在评估环境变化脆弱性时考虑多个时间框架的重要性。
这些发现对保护生物学和预测气候变化下物种存续具有重要启示。环境不可预测性的增加可能对物种持久性构成独特挑战，保护策略不仅需要考虑环境变化的幅度，还需考虑其可预测性。物种的适应潜力可能取决于即时可塑性响应、跨代效应和进化变化之间的复杂相互作用，需要在不同时间尺度上进行综合评估。
该研究通过精巧的实验设计明确了环境可预测性在塑造适应策略中的核心作用，为理解生物如何应对日益不可预测的气候未来提供了关键见解。随着气候变化加剧环境变异性和降低可预测性，这些发现为预测物种存续和制定有效保护策略提供了重要指导。
