人類活動導致的物種引入事件日益頻繁，在全球變化的背景下，其潛在的生態與經濟影響難以預估。經典理論認為，源於少數個體的引入種群會遭遇嚴重的奠基者效應，導致遺傳多樣性銳減、近交衰退加劇，從而阻礙其在新環境中的適應。然而，一個核心悖論始終困擾著入侵生物學：為何許多物種能夠突破這一遺傳瓶頸，成功定殖並建群？答案的關鍵，或許並非在於基因組多樣性的總量，而在於特定的進化力量如何保存了那些至關重要的適應性遺傳變異。

為破解這一謎題，研究者聚焦於歐亞樹麻雀（Passer montanus）。19世紀下半葉，該物種分別從歐洲（德國柏林）和亞洲（中國廣東）被獨立引入美國與澳大利亞，構成了兩次天然的“平行引入”實驗。研究團隊對來自原生地與引入地的235隻樹麻雀進行全基因組測序（圖1），整合群體遺傳學與生態位建模，從基因組層麵解碼其成功的奧秘。

遺傳結構分析證實了兩次獨立的引入曆史。曆史種群數量重建揭示，兩個引入種群在約150-180年前均經曆了極為嚴峻的瓶頸，並在基因組上留下深刻印記：全基因組多樣性降至原生種群的50%-75%，近交水平顯著升高，純合有害突變負荷也隨之增加。盡管選擇性清除了部分有害等位基因，但仍未能完全抵消小種群遺傳負荷的積累（圖1&2）。

然而，盡管全基因組背景的多樣性普遍喪失，一些特定的基因區域卻在引入種群中保持了與原生種群相仿的高水平變異。深入探究發現，這些區域受到平衡選擇——一種能夠長期維持多態性的進化力量——的強力塑造。在原生種群中被平衡選擇的基因窗口中，約半數（49%）在引入種群中同樣顯示出強烈的平衡選擇信號，比例遠超隨機預期（圖3）。這表明，奠基者事件雖然衝刷了基因組中大部分的偶然變異，卻未能撼動這些受平衡選擇作用的“戰略儲備”。

這些保留的高多樣性區域的功能何在？基因-環境關聯分析顯示：它們顯著富集於氣候適應性相關位點。值得注意的是，相距甚遠的中國和歐洲原生種群，有27%的氣候適應性遺傳窗口是共享的。在引入地，這些古老的與氣候適應相關的基因組區域通過平衡選擇，將其原有的多樣性較為完整地繼承下來。生態位分析為此提供了合理的解釋：引入地的氣候條件相比原生地高度保守，使得這些祖傳的“解決方案”依然高效適用（圖3）。

為進一步量化這種保守性，研究者使用了遺傳偏移模型。分析證實，引入種群與原生種群在氣候適應性遺傳組成上高度相似；更重要的是，原產地種群（德國和廣東）適應引入地（北美和澳洲）氣候所需的遺傳改變量，並未超出其在原生地範圍內自然遷徙或擴散所需要的適應幅度（圖4）。這證明，樹麻雀的引入成功並非偶然，而是源於其原生種群通過平衡選擇，預先維持了一個豐富且可遺傳的氣候“預適應”基因庫，使得後代即便曆經嚴重的遺傳瓶頸，仍能迅速調用這些預設的解決方案來應對新環境中的挑戰。

該研究揭示了一個此前被低估的關鍵進化機製：平衡選擇通過維持祖先適應性多態性，為物種在引入後跨越遺傳瓶頸、實現快速環境適應提供了至關重要的“預適應”儲備。該發現對預測物種的入侵潛力有重要啟示：除了關注遺傳多樣性的高低，更應深入研究特殊的進化過程諸如平衡選擇、環境適應等是如何塑造原生種群的遺傳變異庫。在全球變化持續重塑物種分布格局的今天，這一融合了生態與基因組學的研究框架，為我們理解和預測生物入侵提供了更有效的工具。

研究成果以“Balancing  selection of climate adaptive loci underlies the success of  introduction of the Eurasian Tree Sparrows”為題，於近日發表在Science  Advances。必威精装版app西汉姆联 博士後陳逸林、博士生張帥為共同第一作者，必威在线网址 屈延華研究員與雷富民研究員為該文的共同通訊作者。必威在线网址 博士生臧文清、瑞典自然曆史博物館的Per  G. P. Ericson、加拿大皇家安大略博物館和多倫多大學的Santiago Claramunt、澳大利亞國家野生動物中心的Leo  Joseph、澳大利亞南十字星大學和墨爾本大學的Les  Christidis以及必威在线网址 的翟巍巍研究員為該研究做出了重要貢獻。該研究得到國家自然科學基金、第三次新疆綜合科學考察、中國科協青年人才托舉工程、國家博士後資助計劃以及必威在线网址 “秉誌”博士後項目的支持。

文章鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adw3797

圖1：樹麻雀引入曆史和遺傳烙印

圖2：樹麻雀近交衰退和遺傳負荷

圖3：樹麻雀基因組景觀和氣候生態位

圖4：樹麻雀氣候適應