加拉帕戈斯群岛的番茄似乎正在逆向进化

进化倒退的并不是一个新的概念,但亲眼目睹这一过程却并非日常。

在加拉帕戈斯群岛的黑色岩石上新发现的野生番茄生长实例,为研究人员提供了一个物种通过逆转数百万年间发生的遗传变化而适应环境的典型例子。

这是物种可以逆转进化过程中发生变化的证据。

a 茄属的系统发育树,其中 C25 立体中心的旋光性用紫色、红色和紫红色条纹标记,表示积累 25R、25S 或两种立体异构体的物种。b 茄属中最为常见的苷元化学结构,C25 的构型分别用紫色(25R)或红色(25S)点标记。c 番茄叶片和茄子种子提取物的总离子色谱图(TICs)。最常见的甾体糖苷生物碱和皂苷被标注。d α-番茄碱(EIC 1034.5530)、脱氢番茄碱(EIC 1032.5537)、索马里金(EIC 868.5053)和索索宁(EIC 884.5002)的提取离子色谱图(EICs)。

通过对从加拉帕戈斯群岛采集的 56 个番茄样本进行分析,涵盖 Solanum cheesmaniae 和 Solanum galapagense 两个物种,研究团队考察了植物中生物碱的产生情况。

S. cheesmaniae 番茄合成的生物碱,不同岛屿发现了不同的生物碱类型。在东部岛屿,植物中生物碱的形式与全球其他地区栽培番茄中的形式相似;但在西部岛屿,却发现了一种更古老、更原始的化学形式。

这种生物碱的较老版本与番茄的茄科近亲中数百万年来发现的生物碱相匹配。

结构-活性关系研究确定了对 GAME8 立体特异性至关重要的氨基酸。

通过进一步的实验室测试和建模,研究人员确定了一种特定的酶负责这种生物碱的产生,并证实了其起源。研究人员发现,只需改变几个氨基酸即可开启或关闭生物碱的合成。

还有其他一些孤立的进化倒退案例,科学上称为遗传倒退,其中突变会导致物种重新表现出祖先的特征。这些案例包括对鸡进行基因改造以恢复其古代生长牙齿程序的实验。

加拉帕戈斯群岛的退化番茄物种。(Adam Jozwiak/UC Riverside)

不同之处在于,加拉帕戈斯群岛番茄的这种变化已经传播到整个种群。在一些植物中,多个基因都发生了倒退,这表明存在强烈的自然选择压力。

这一转变原因是,加拉帕戈斯群岛的西半部相对较年轻,不到五十万年并且更加贫瘠。

加拉帕戈斯群岛中 S. cheesmaniae 的立体化学与遗传多样性。

环境压力可能促使这些物种重新走回了进化史上的某些阶段。

Jozwiak, A., Almaria, M., Cai, J. et al. Enzymatic twists evolved stereo-divergent alkaloids in the Solanaceae family. Nat Commun 16, 5341 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-59290-4

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