要了解南卡羅來納大學(xué)生物科學(xué)助理教授 Carolyn Wessinger 的研究，您需要了解鳥類和蜜蜂。

曾幾何時(shí)，野花屬Penstemon的許多物種都開有短而寬的明亮藍(lán)紫色花朵的穗狀花序。這些花吸引了蜜蜂，蜜蜂將它們粗壯的身體塞進(jìn)花瓣之間，以到達(dá)里面的花蜜，并在它們飛走時(shí)傳播花粉。

但是在進(jìn)化時(shí)間的某個(gè)地方——數(shù)千到數(shù)百萬年，威辛格說——有 40種Penstemon物種發(fā)生了變化。藍(lán)色的花朵變成鮮紅色，并產(chǎn)生更多的花蜜。緊湊的花瓣伸展成深而下垂的管子。植物進(jìn)化了——但它們的適應(yīng)性使它們對(duì)蜜蜂的吸引力降低，蜜蜂沒有空間降落在花朵上，甚至一開始就看不到花朵。

但是這些新特性吸引了一種新的傳粉者：蜂鳥，它們需要多余的花蜜來促進(jìn)它們過度活躍的新陳代謝。它們纖細(xì)的喙可以到達(dá)花瓣底部的花蜜。而且，由于蜂鳥在覓食時(shí)盤旋，它們不需要降落的地方。

這些譜系的進(jìn)化如此頻繁和一致，以至于研究人員為它想出了一個(gè)名字。

“我們稱之為蜂鳥綜合癥，”她說。

了解蜂鳥綜合癥不僅僅是滿足科學(xué)好奇心。她研究的基本問題——適應(yīng)性遺傳變異的來源是什么?- 可以發(fā)現(xiàn)有關(guān)物種是否以及如何迅速進(jìn)化出新特征以適應(yīng)環(huán)境變化的線索，例如由氣候變化引起的那些。

“在與其他研究系統(tǒng)的研究結(jié)果相結(jié)合時(shí)，了解進(jìn)化變化過程的限制——即使是在這組沒有直接經(jīng)濟(jì)意義的野花中——對(duì)于做出更廣泛的概括來說也非常重要，”她說.

Wessinger 多年來一直在研究Penstemon從蜜蜂授粉到蜂鳥授粉的飛行，以加深對(duì)趨同進(jìn)化的理解——本質(zhì)上，不同物種如何獨(dú)立進(jìn)化出相似的特征以適應(yīng)相似的必需品。今年 6 月，威辛格和她的研究小組獲得了國家科學(xué)基金會(huì)的五年資助，以繼續(xù)這項(xiàng)研究。Wessinger 作為博士生和博士后研究員獲得了 NSF 的資助，但 6 月的資助是她作為首席研究員的第一次資助。

到目前為止，威辛格的研究已經(jīng)產(chǎn)生了令人著迷的發(fā)現(xiàn)。Wessinger 說，從紫色花朵到紅色花朵的反復(fù)轉(zhuǎn)變涉及功能的喪失?？刂泼覆襟E產(chǎn)生紫色色素的基因以某種方式失活。

“這意味著你基本上可以弄亂產(chǎn)生紫色花朵的基因，最終得到一朵紅色的花朵，”威辛格說。她補(bǔ)充說，實(shí)際上，這是自然選擇的作用——如果Penstemon花需要改變授粉媒介 ，它可能是一個(gè)特別有用的短期策略 。

但威辛格還發(fā)現(xiàn)，交換傳粉媒介會(huì)阻礙物種多樣性。一旦Penstemon家族樹的一個(gè)分支切換到蜂鳥授粉，該分支上新物種的進(jìn)化就會(huì)減慢或停止。Wessinger 的研究表明，改變傳粉媒介的Penstemon物種無法回頭。她有一些想法為什么會(huì)這樣：一旦基因被停用，就不可能重新激活基因，她認(rèn)為，或者這可能是生態(tài)問題。

不管怎樣，還有很多東西要學(xué)。Wessinger 對(duì)花色如何變化有很好的把握，但她對(duì)花形和花蜜產(chǎn)生變化背后的遺傳學(xué)不太確定。還有關(guān)于基因滲入的問題——當(dāng)物種通過雜交來回傳遞遺傳信息時(shí)。Wessinger 說，如果事實(shí)上雜交導(dǎo)致蜂鳥授粉性狀在譜系之間??移動(dòng)，那么科學(xué)家們就可以實(shí)時(shí)預(yù)測自然選擇如何作用于這些植物。

“作為進(jìn)化生物學(xué)家，我們面臨的一個(gè)基本問題是，給定性狀的重復(fù)進(jìn)化——這種趨同進(jìn)化的現(xiàn)象——是否真的涉及每個(gè)譜系中的新突變，或者該性狀是否在一個(gè)譜系中進(jìn)化，但通過種間雜交的過程，這在植物中很常見，”Wessinger 說。“所以這就是這項(xiàng)資助的重點(diǎn)，以評(píng)估不同血統(tǒng)之間的這種雜交過程是否有助于這種趨同進(jìn)化的模式。”

Wessinger 說， Penstemon是研究進(jìn)化變化的理想途徑，因?yàn)橐盎ㄒ呀?jīng)多次將蜜蜂拋棄給蜂鳥，留下了一個(gè)龐大的數(shù)據(jù)池可供借鑒。Wessinger 目前的研究重點(diǎn)是位于錫安峽谷以南約 20 英里的猶他州和亞利桑那州之間的州界線 上的天然雜交Penstemon種群。

在接下來的幾年里，Wessinger 和她的團(tuán)隊(duì)將在這些土地上徒步旅行，收集雜交野花樣本并將它們帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行基因組測序，以確定有多少遺傳物質(zhì)來自每個(gè)父母。他們還將記錄表型數(shù)據(jù)并拍攝花朵并分析它們的光譜反射率數(shù)據(jù)，以了解不同的傳粉者如何看待這些花朵。

Wessinger 說，分析所有這些數(shù)據(jù)令人興奮，并帶領(lǐng)她更接近破解蜂鳥綜合癥的密碼。但對(duì)于威辛格來說，搜索與發(fā)現(xiàn)一樣令人興奮。

“我喜歡野外工作，”她說。“我只是喜歡在外面看這些植物。”