進化倒退的並不是一個新的概念,但親眼目睹這一過程卻並非日常。
在加拉帕戈斯羣島的黑色岩石上新發現的野生番茄生長實例,爲研究人員提供了一個物種通過逆轉數百萬年間發生的遺傳變化而適應環境的典型例子。
這是物種可以逆轉進化過程中發生變化的證據。
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a 茄屬的系統發育樹,其中 C25 立體中心的旋光性用紫色、紅色和紫紅色條紋標記,表示積累 25R、25S 或兩種立體異構體的物種。b 茄屬中最爲常見的苷元化學結構,C25 的構型分別用紫色(25R)或紅色(25S)點標記。c 番茄葉片和茄子種子提取物的總離子色譜圖(TICs)。最常見的甾體糖苷生物鹼和皁苷被標註。d α-番茄鹼(EIC 1034.5530)、脫氫番茄鹼(EIC 1032.5537)、索馬里金(EIC 868.5053)和索索寧(EIC 884.5002)的提取離子色譜圖(EICs)。
通過對從加拉帕戈斯羣島採集的 56 個番茄樣本進行分析,涵蓋 Solanum cheesmaniae 和 Solanum galapagense 兩個物種,研究團隊考察了植物中生物鹼的產生情況。
S. cheesmaniae 番茄合成的生物鹼,不同島嶼發現了不同的生物鹼類型。在東部島嶼,植物中生物鹼的形式與全球其他地區栽培番茄中的形式相似;但在西部島嶼,卻發現了一種更古老、更原始的化學形式。
這種生物鹼的較老版本與番茄的茄科近親中數百萬年來發現的生物鹼相匹配。
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結構-活性關係研究確定了對 GAME8 立體特異性至關重要的氨基酸。
通過進一步的實驗室測試和建模,研究人員確定了一種特定的酶負責這種生物鹼的產生,並證實了其起源。研究人員發現,只需改變幾個氨基酸即可開啓或關閉生物鹼的合成。
還有其他一些孤立的進化倒退案例,科學上稱爲遺傳倒退,其中突變會導致物種重新表現出祖先的特徵。這些案例包括對雞進行基因改造以恢復其古代生長牙齒程序的實驗。
加拉帕戈斯羣島的退化番茄物種。(Adam Jozwiak/UC Riverside)
不同之處在於,加拉帕戈斯羣島番茄的這種變化已經傳播到整個種羣。在一些植物中,多個基因都發生了倒退,這表明存在強烈的自然選擇壓力。
這一轉變原因是,加拉帕戈斯羣島的西半部相對較年輕,不到五十萬年並且更加貧瘠。
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加拉帕戈斯羣島中 S. cheesmaniae 的立體化學與遺傳多樣性。
環境壓力可能促使這些物種重新走回了進化史上的某些階段。
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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