在不列颠哥伦比亚省温哥华岛的一个偏远地区，深蓝色的肯尼迪湖覆盖了超过25平方英里。这个湖是三脚架和一种小鱼的栖息地，为进化研究提供了丰富的饲料。

这些带刺的鱼在海洋和淡水生境中茁壮成长，并在北美、欧洲和亚洲北部海岸的大多数内陆水域中共存。对于科学家来说，这个物种有一个显著的变异特征，由一个基因控制：骨骼或骨骼上“盔甲”的数量。

根据宾夕法尼亚大学博士后研究员Seth Rudman领导的一项新研究，这种微小鱼类中这种基因的变异可能会改变更广泛的水生生态系统。研究人员发现，拥有更多盔甲的鱼会向周围的水中释放更多的磷。由于磷是水生生态系统中的关键元素，这种差异可能会对淡水或海洋地区的微生物、植物和藻类产生涓滴效应。

“基因组学在促进许多学科和子学科的生物学研究方面发挥了如此重要的作用，”这项工作的第一作者Roudman说，他在不列颠哥伦比亚大学(UBC)进行博士研究期间与同事完成了这项调查。“但我认为最重要的是，这项研究的动机是我们如何应用基因组学来帮助我们更好地了解生态系统？在某种程度上，我将这项工作视为概念的证明，即改变场景可以在个体基因中对生态产生影响。”

该团队使用新颖的方法来评估进化如何影响单个鱼类的元素组成，基本上将生物体视为一堆原子-碳、钙、锶等。他们发现的进化表明，进化不仅可以区分海洋鱼类的元素组成，还可以影响它们与淡水对应物质的组成，还可以影响它们从环境中吸收元素的能力。

“我认为进化真的影响了这些鱼的离子运动这一事实令人惊讶，”鲁德曼谈到这项发表在《生态快报》杂志上的工作时说。

一般来说，海水中的粘稠物质电镀较多，淡水中的粘稠物质较少。但肯尼迪湖的倔强种群却不同寻常，因为它有稳定的“低板”和“高板”鱼种群，由Eda基因控制，是理想的研究场所。

当鲁德曼和他的同事从湖中收集了两种鱼并将其放入过滤水中时，他们发现镀金度高的鱼比镀金低的鱼排泄出更多的磷。他们还使用了毒理学研究中更常用的方法来追踪放射性同位素，他们还发现，含高电镀量的鱼摄入了更多的钙。

这一发现表明，鱼类的Eda基因版本会影响其与周围环境的相互作用，从而可能导致整个生态系统的影响。

在研究的第二部分，鲁德曼和他的合作者观察了不列颠哥伦比亚省其他地区的鱼类，并从海洋环境中收集了鱼类，其中往往有更多的鱼类或与低水平相关的淡水鱼，以找出种群已经适应了当地环境以及这些变化的生态影响。为此，研究人员检查了鱼是用化学方法制成的。

“我认为这篇论文的一个相对较新的部分是，我们可以将这些有机体视为化学混合物，”鲁德曼说。“当我们这样做时，我们可以清楚地将他们的变化与他们的变化联系起来。它们与环境互动的方式。”

研究小组发现，野生捕获的海洋和淡水鱼在它们所谓的“离子群”中的含量有很大不同。即使海鱼在淡水中养殖，淡水鱼在淡水中养殖，这些差异仍然存在。

然而，鱼也表现出适应新环境的迹象。

“我们发现，当海鱼被放入淡水中时，它们吸收磷的能力增强了，”鲁德曼说。"这是有道理的，因为磷实际上是淡水系统中的一个限制因素."

简而言之，该研究指出了一个罕见的案例，科学家可以将基因差异与物理特征联系起来，然后将这种特征与潜在的生态系统影响联系起来，因为其他生物可以利用鱼类压榨或吸收的元素。鲁德曼还指出，研究结果强调了影响这些生态影响的进化变化有多快。

“达尔文说，进化是缓慢的，它在永恒中发生，生态正在我们的后院发生，”鲁德曼说。“但事实并非如此。在许多系统中，进化正在迅速发生，一个夏天、果蝇或十年就会发生混乱。”

他补充说，快速进化是我们今天看到的条件变化的一个特征，这将产生生态后果，并可能有一天帮助科学家预测物种将如何应对未来的挑战。

鲁德曼说：“这提供了一种方法，在这种方法中，进化和生态可以密切结合，以决定未来条件下种群和物种的命运。”