19世紀的達爾文理論到21世紀的基因圖譜，似乎還有一塊遺失的拼圖有待建立。藉由一份野花的生物多樣性研究，科學家如今相信，他們已掌握了天擇和遺傳變異之間的關鍵連結。
1859年達爾文首次提出演化論時，他主張是天擇讓物種隨著時間的推移適應其環境。他相信，有助於生存的性狀傳遞給後代，後者會將這些性狀傳遞給更多的後代，最終形成我們今日所見的生物多樣性。
這個理論只有一個問題，就是達爾文其實並不了解天擇是如何運作的。科學家們花費數十年的時間才發展出遺傳學，以及性狀如何傳遞給下一代的概念——即華生和克里克1953年發現DNA雙螺旋。
對於威廉與瑪麗學院生物學助理教授普澤（Josh Puzey）而言，從達爾文理論到繪製基因組圖譜之間仍缺少一塊拼圖。普澤想要解釋，為什麼物種內存在諸多變異。如果天擇的力量和達爾文推測的一樣強大，為什麼物種內的個體不是長得完全一樣且全都適應環境？
「一個簡單但可能稍微天真的期望應該是個體之間沒有變異，因為天擇將物種推向了單一的最佳狀態，」普澤說。
「所以問題是：面對天擇，遺傳變異如何始終存在？」
他與研究夥伴發表在《科學》期刊上的論文《選擇性權衡維繫植物複雜性狀變異背後的等位基因》（Selective trade-offs maintain alleles underpinning complex trait variation in plants），發現了天擇和遺傳變異之間的關鍵連結。
普澤說，這是第一個將表型（外觀性狀）和適存度（繁殖和留下後代的能力）與基因型（表現個體性狀的DNA編碼）串連起來的研究。
要了解表型和基因型之間的差異，可用紅鸛為例。紅鸛在吃某種蝦時會變成粉紅色。吃蝦改變了紅鸛的表型——顏色，但沒有直接影響其基因型。表型可以因環境變化迅速改變。基因型變化則會透過基因傳遞給下一代。
「我們思考演化和天擇，因為總是試圖尋找更合適的表型，看山上成千上萬的野花，如果已經經歷代代相傳演化，你會認為他們都有相同的表型。但並非如此，所以我們進行了一種暴力破解法解決這個問題。」普澤說。
普澤與他所屬的研究團隊蒐集並分析了生長在奧勒岡州鐵山地區，共187株不同的野生溝酸漿（Mimulus guttatus）種子。
研究人員利用這些種子為每株個體的基因組定序。接著他們返回奧勒岡州，在最初蒐集到這些花的山上種下定序後的種子。該團隊花兩年的時間監測每株幼苗的生長，測量它們在整個過程中的適存度。如果花朵達到生殖成熟狀態，則記錄下每株產生的種子數量跟開花狀況。
「我們利用這些個體將基因型與表型連起來。隨著花朵生長，我們知道底層基因發生了什麼事，以及基因與表型的關係。這是本研究的突破之處。」普澤說。
該團隊識別出基因組中控制開花時間和花朵大小的特定區域。他們發現同一區域控制著這兩種性狀。晚開的花朵比早開的花朵大。
普澤解釋，研究人員發現，表型性狀與基因型有物質上的關聯。簡單地說，花朵隨著時間推移演化，以維持花朵大小的遺傳變異，因為這可幫助它們生存。
天擇青睞最適合原生環境的表型，但如果該環境總是在變動，那麼天擇可能已經起了維持遺傳變異的作用，以便適應任何環境變化。
「我們發現適存度取決於個體在這一年中所生長的環境，」普澤說。
有一年，隨著積雪融化，水源供應期較短。短暫的濕季之後，夏季迅速開始。在這些條件下，花朵較小且開花較快的溝酸漿更有可能發育至性成熟。
第二年，春季降雨持續時間較長，夏季乾旱期開始較晚，則花朵較大、開花較晚的個體比較健康。
「有時環境有時對小花較有利，有時對大花較有利很受歡迎，取決於春季時的降雨量。因此若要回答面對天擇，遺傳變異是如何維持的？我們的答案是，年度間的變異會偏好不同的遺傳組成和表型，允許變異持續存在。」普澤說。
由於溝酸漿的遺傳組成對每年之間的氣候波動適應良好，研究人員好奇，溝酸漿的遺傳變異是否有利於適應氣候變遷。
他們認為答案是肯定的。因為在鐵山地區，氣候波動幅度很大，因此溝酸漿族群內的遺傳多樣性應該能夠適應長期的氣候變遷。
但普澤強調，溝酸漿能適應氣候變遷，不代表對其他的鐵山野生生物來說也是如此。開花時間和花朵大小的變化對蜜蜂等授粉昆蟲有直接影響。覓食模式的任何變化都可能影響其他野花，並影響該物種在什麼時間開花。氣候變遷仍可能使整個生態系統處於危險之中。
