在澳大利亚海岸外的海浪下，两种海星物种茁壮成长。粗略观察，它们非常相似。两者都是垫状海星——一群略微肥胖的海星——并且都呈浅绿色，带有板岩蓝的色调。事实上，它们是姐妹物种，这个术语在进化生物学中的含义与在谱系学中相同：它们共享一个亲本。但仔细观察它们的基因就会发现，这两颗海星仅在几千年前才分离——这是一个非常短的时间。
一个转折使这种进化上的瞬间变得更加有趣。这两个物种，五边形隐星海星 (Cryptasterina pentagona) 和 组织隐星海星 (C. hystera)，享有截然不同的性生活。前者以相当典型的海星方式繁殖：雄性和雌性将精子和卵子喷射到水中。配子相遇、受精并长成幼虫，幼虫在水流中漂流，然后找到一个地方定居为成虫。后者，组织隐星海星 (C. hystera)，是一种雌雄同体生物，可以自交受精，并将幼体保存在体内，直到它们准备好作为微小的完全成形的海星冒险外出。
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追踪这种快速分化是如何生物学家利用密切相关的物种来解读进化历史的一个例子。任何物种形成事件的故事——一个物种分支成两个物种的点——都可以揭示基因变化的重要性以及它们如何与生物化学或行为的功能变化相关联。它还可以告诉研究人员，随着时间的推移，变化如何导致了今天充满世界的生物多样性。
为了理解海星的例子，来自澳大利亚、加拿大和美国的一个研究团队分析了这两个物种的核DNA和线粒体DNA中的基因，以发现海星最近的分化时间。他们估计分裂发生在约6000年前，由于突变率，存在一些不确定性，这给出了最早1000年前或最远20000年前的范围。“即使是20000年对于生命史的广泛变化来说仍然是快得离谱，”加州大学戴维斯分校的进化生物学家、这项工作的共同负责人理查德·K·格罗斯伯格说。该小组的研究结果于7月在线发表在英国皇家学会学报B上。
格罗斯伯格说，这两种海星的共同祖先很可能像五边形隐星海星 (C. pentagona) 一样是广撒网式受精者。他想象，受精后，一些幼虫随着水流向南漂流到昆士兰海岸。新区域的低人口密度意味着寻找伴侣的配子将不太走运。极少数幼虫可能是通过意外突变而产生的雌雄同体，而这种性别怪癖开始了该物种。“与其不施肥，不如自交受精更好，”格罗斯伯格说。波动的洋流可能隔离了种群，而南部较冷的水域则有利于较小的体型和体内受精。组织隐星海星 (C. hystera) 个体之间的遗传多样性非常低，这是一个明显的迹象，表明整个物种都是由一个或少数几个迁徙者后代而来。
找出究竟是哪些变化导致了这种物种形成事件是很棘手的。格罗斯伯格说，研究人员尚未确定哪些基因对海星的性别决定和繁殖最重要，这方面的研究相对较少。区分五边形隐星海星 (C. pentagona) 和 组织隐星海星 (C. hystera) 的变化可能只是一些基因——或数千个。然而，理解物种之间的分化不仅仅是计算它们基因的差异，还要解开这些基因如何相互作用。
尽管如此，这项研究还是为了解进化的不同速率提供了一个有趣的视角。“我很惊讶在如此短的时间内发生了如此巨大的变化，”芝加哥大学的进化生物学家杰里·科因说，他没有参与这项研究。
那么是什么让6000年如此之快呢？细菌可以在更短的时间内分裂成两个物种，但它们甚至在物种之外也会交换基因包。对于更复杂的多细胞生命，科学家们通常坚持生物学上对物种的定义——两个群体在基因上变得非常不同，以至于它们无法杂交。有时不同的物种会交配并产生幼崽，但这些杂交后代通常是不育的，就像骡子的情况一样。
研究最多的物种形成速率是非洲维多利亚湖和邻近湖泊中600多种丽鱼科鱼类，它们在过去25万年的某个时候进化而来 (pdf)。即使是 微小的颜色变化也足以产生红色和蓝色的鱼，这些鱼成为不同的物种。*
物种形成时间取决于世代长度和选择压力，包括有限的栖息地和食物或疾病和捕食等威胁。尽管如此，至少在动物中，这两种海星物种将在进化竞赛中获胜。科因给出了一些例子：野生果蝇可能在20万到300万年内分化，而一些北美鸣禽可能在大约17万年前分裂。
植物情况有所不同，并在频谱的两端都占据位置。正如最近的苏格兰花的案例所示，它们的基因组加倍可以克服杂交种典型的遗传死胡同，从理论上讲，新物种可以在三代内产生，科因说。然而，尽管被隔离了数百万年，北美鹅掌楸 (Liriodendron tulipifera)，即郁金香树，仍然是一个物种。
正如海星可能令人惊讶一样，进化论确实预测了这种快速的物种形成，科因说。这两个姐妹海星为研究基因变化的速率提供了一个绝佳的机会，不仅因为它们共享一个最近的共同祖先，而且还因为这些变化如此巨大。
*编者注（8/10/12）：为了提高清晰度，此段自发布以来已进行编辑。