达尔文雀可能是适应性辐射最著名的例子——这是一种进化现象，其中一个祖先物种迅速分化成几个新物种，每个物种都具有独特的适应性，以便在自身环境中生存。但这些加拉帕戈斯群岛的鸟类与东非的慈鲷相比，简直是小巫见大巫。在 14 种雀类进化所用的两三百万年里，仅马拉维湖就有 1000 多种慈鲷从共同祖先分化出来。新的研究正在揭示这种快速而戏剧性的生物多样性背后的遗传机制。
慈鲷 表现出体型、颜色模式、口部结构、行为、饮食等方面的惊人多样性。“当你观察它们时，它们看起来截然不同，”厄勒姆研究所进化生物学家塔朗·梅塔说。“但是当你比较这些物种的[蛋白质编码]基因时，你会发现多样性非常小。”
蛋白质编码基因影响生物体的主要特征。之前的研究已经表明，慈鲷的“非编码”或“调控”DNA 片段——决定编码基因何时、何地以及如何开启和关闭——比它们的编码基因进化得更快。这些调控跨度让同一组遗传拼图碎片可以组合成数千种不同的配置，梅塔将这种现象称为“修补”。但科学家们不确定这种修补是否可以驱动新物种的进化。
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在一项发表于 Genome Biology 的研究中，梅塔和他的同事分析了来自东非河流和湖泊的五种慈鲷物种的大脑、眼睛、心脏、肾脏、肌肉组织和睾丸中的基因表达。研究人员使用他们开发的计算模型发现，基因组非编码区域的变化“为适应性进化提供了重要的进化基质”，从而导致了物种分化，该研究的资深作者、东英吉利大学生物学家费德里卡·迪·帕尔马说。例如，该团队发现，调控变化改变了某些编码基因的表达，使慈鲷在各种特定条件下看得更清楚。当物种具有相似的饮食或栖息地时，它们更有可能进化出对这些调控网络的类似改变。
许多生物学家担心地球生物多样性加速丧失——但科学仍然没有完全理解生物多样性最初是如何进化的，巴塞尔大学动物学家沃尔特·萨尔茨伯格说，他没有参与这项研究。马拉维湖、坦噶尼喀湖和维多利亚湖的慈鲷为研究人员提供了一个独特的机会来深入了解这一过程，他补充道。
梅塔的团队现在正在将同样的分析方法应用于罗非鱼，罗非鱼是一个慈鲷类群，其中包括世界第二大养殖鱼类。梅塔说，如果研究人员能够识别出与适应极端盐度或温度等性状相关的基因组修补，这可能指导罗非鱼的选择性育种，从而更有效地养活饥饿的世界。