在科罗拉多州柯林斯堡的一个 -18°C 的保险库中，超过 500 万颗种子被冻结在时间中——它们将等待长达 50 年，直到进化科学家获得许可对它们进行实验。
与大多数旨在保护生物多样性的种子库不同，“基线项目”旨在精确、可控地研究植物如何响应气候变化和环境退化而进化。这些种子取自美国大陆各地的约 250 个地点，并储存在美国农业部的一个设施中，代表了大约 60 个物种。
在美国国家科学基金会 (NSF) 提供的 130 万美元资助下，科学家们于 2012 年开始认真收集种子。他们小心地在各种环境中采集样本，并涵盖了多种植物类型，从普通的萝卜（Raphanus sativus）到标志性的约书亚树（Yucca brevifolia）。
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该项目首席研究员、明尼苏达大学德卢斯分校的植物生物学家朱莉·艾特森说，收集阶段现已完成。今年早些时候，她和她的同事在《美国植物学杂志》上发表了一篇论文，向社会介绍了“基线项目”(J. R. Etterson et al. Am. J. Bot. 103, 164–173; 2016)。
为了找出物种是否在响应气候变化等人类压力而进化，科学家们之前观察了生活在不同地点的相似物种之间的差异，或者研究了一个地点随时间的推移，绘制了植物随该地点变化的方式。但是，很难区分哪些变化是进化导致的——由于某些个体的存活，几代人选择了性状——以及哪些变化是由于个体植物对不断变化的环境做出反应的能力（称为可塑性）导致的。
“基线项目”将允许科学家们在相同的条件下，将储存的种子与那些被留下来进化的植物的种子并排种植：任何差异都可以归因于进化。
“我认为这太棒了，”密歇根州立大学东兰辛分校研究细菌进化的理查德·伦斯基说。“在某种程度上，博物馆标本甚至天然种子库允许科学家们今天进行这些比较，但并非以这种项目允许的深入、系统和周全的方式进行。”
可以探索的问题包括，一些植物与全球变暖相关的早期开花是归因于进化还是可塑性，以及同一物种的不同种群之间的进化速率如何变化。基因测序将帮助研究人员发现哪些基因与被选择的性状有关。它还可以测试预测，例如低遗传变异会增加灭绝率，以及进化是通过许多小的基因变化而不是少数大的基因变化发生的。“假设列表实际上只受想象力的限制，”艾特森说。
重获新生
“基线项目”为被称为“复活生态学”的领域注入了新的活力。它最著名的实验孵化了自然保存在湖泊沉积物中的无脊椎动物卵，并将后代与最近产下的卵的后代进行了比较。康奈尔大学伊萨卡分校环境科学家尼尔森·海尔斯顿实验室的一个经典例子使用了来自中欧博登湖的沉积物，证明了水蚤（Daphnia galeata）已经迅速进化出对有毒蓝细菌的耐受性(N. G. Hairston et al. Nature 401, 446; 1999)。
海尔斯顿说，由于“基线项目”积极地为未来的研究奠定基础，而不是依赖于大自然过去封存的东西，它是一个“有远见的项目”。
密歇根理工大学霍顿分校的生物学家、复活生态学的另一位先驱查尔斯·克福特指出，它确实假设在采集种子的地点将出现可观察到的环境变化。但他说，由于气候变化，这种差异是有保证的：“这是一群不否认气候变化的人。”
科学家们何时将保险库中的种子从停滞状态唤醒还不清楚。“基线项目”首次征集使用标本的提案计划于 2018 年进行，艾特森说，第一批种子最早可能在 2020 年种植。她希望在退休前至少能亲自使用这个项目一次。
研究人员说，与平均进化研究和平均 NSF 资助相比，时间尺度很长，但这使得“基线项目”与众不同。“这真的不一样，”资助该项目的 NSF 项目主管塞缪尔·谢纳说，“但这正是如果我们打算研究全球变化所需要做的。”
本文经许可转载，并于 2016 年 3 月 8 日首次发表。