在原生环境中，柳枝稷（switchgrass）越往北分布，开花时间越早。然而，在对不同遗传样本进行的实验中，它却在南方开花更早。

这一矛盾现象对于一个研究草原禾草在不同环境中如何响应的科研团队来说，起初并非乐见之事。但正是通过解决这一明显的冲突，科学家们得出了更可靠的结论，同时展示了在自然生长条件下收集的大规模公共数据集的潜在价值。

这篇于上月底发表在《细胞》（Cell）杂志上的论文，题为《Harnessing citizen science to contextualize adaptation mechanism discovery》。研究整合了来自人工智能扫描的数万张多年生禾草在线照片的趋势、在中西部和墨西哥湾沿岸地区多个研究站点为期两年种植柳枝稷的实验结果，以及对三个柳枝稷开花相关基因的详细分子鉴定。

该研究由爱荷华州立大学农学教授Jianming Yu共同领导。研究团队确定了适应性反应的遗传基础，有助于解释开花时间趋势的矛盾现象。但Yu指出，从“公民科学”（这里指主要来自 iNaturalist 的在线照片缓存）中提炼有用见解的研究框架，其价值与具体发现本身同样显著。Yu是 Pioneer Hi-Bred 玉米育种杰出讲席教授、Raymond F. Baker 植物育种中心主任。

“通过这项研究，我们将定量遗传学与基因组学研究，与大尺度景观上的生态、进化和适应联系了起来。其美妙之处在于，我们将它们连接在一起，从而能看到全貌。”他说。

相互矛盾的数据

研究人员构建了一个 AI 工具，用于筛选近 44,000 张带有时间和位置信息的暖季型禾草照片，最终获得约 5,000 条关于柳枝稷、大须芒草、小须芒草和印度草开花现象的观测记录。在所有四个物种中，北部的平均开花时间均早于南部。

以研究最为深入的柳枝稷为重点，团队分析了柳枝稷遗传定位群体的数据，以识别与开花时间相关的基因网络。通过研究从野生柳枝稷采集的多样性样本组，他们发现了三种单倍型——即与开花相关的三个基因的变异组合。每种单倍型主要分布在不同的地理区域，包括一种中西部特有的变异和一种墨西哥湾沿岸各州常见的变异。

含有中西部和墨西哥湾沿岸相关单倍型的柳枝稷样本，在 10 个研究花园中种植了两年。结果发现，纬度每北移 1 度，开花时间平均延迟 2.3 天——这与原生栖息地的数据正好相反。

“我们必须理清这个头绪。”Yu说。

适应机制在起作用

更多的背景信息指出了解决方案。利用包含遗传和环境数据的模型分析多样性样本组的预期开花时间，结果显示 4 月 25 日至 5 月 5 日期间的温度与开花时间的相关性最强。在此期间，每升温 1 摄氏度，开花时间会提前 3.4 天。

但是，在墨西哥湾南部地区常见的柳枝稷单倍型（论文中称为 H1），在所有情况下都比中西部单倍型（H2）的开花时间晚约 45 天。研究人员还发现，在 4 月底和 5 月初的关键时期，H2 的开花对温度更加敏感。

Yu说，H1 和 H2 之间的差异对于它们各自的地理区域是合理的。在北方，H2 较早开花，因为夏季极端高温的风险较低，但秋季气温可能变冷。早开花具有优势，这样柳枝稷就可以转而准备过冬。

在更靠南的地方，H1 的延迟开花有助于它避免在盛夏时繁殖，而将开花推迟到夏末风险较小，因为南方的秋季温度通常比北方温和。

“在它们的原生条件下，两种单倍型都在做它们需要做的事情来生存和繁荣。”Yu说。“在北方，它们开花更早，因为冬天要来了。但在南方，不着急，因为夏天太热，而秋天很温和。”

强大的配对

Yu表示，这项工作展示了将受控实验与自然数据集配对的有效性，尤其是在研究植物如何在不同环境中适应（也称为表型可塑性）方面。

如果不考虑公共数据库中的照片，研究人员就不会发现原生栖息地中的开花适应现象。如果不研究基因分型的植株，他们就无法理解背后的机制。

“我们的研究强调了将公民科学观测与设计实验相结合，以揭示跨时空尺度适应机制的强大力量。”论文的 27 位合著者写道，其中包括两位来自美国农业部的科学家——资深作者Xianran Li和第一作者Laura Tibbs-Cortes。

“正是由资深作者Li领导的、跨越多学科和机构的科学家的集体努力，才收集了所有证据，拼凑出这个谜题。我们希望它能启发其他研究。”Yu说。

Yu指出，虽然相关的公开采集数据并非总是可得，但当其存在时，应当与植物实验数据整合。“你不能说‘不，实验才是真的’，然后忽略公民科学。”他说。“你必须把它们放在一起。”（生物谷Bioon.com）

参考文献：

Laura E. Tibbs-Cortes et al, Harnessing citizen science to contextualize adaptation mechanism discovery, Cell (2026). DOI: 10.1016/j.cell.2026.04.039.