对于小群体数量的物种而言，适应adaptation通常受到突变的限制。即群体中突变数量的多少决定了适应发生的快慢。本研究调查了黑腹果蝇中乙酰胆碱酯酶抗性位点Ace适应发生的速度，显示按照一般认为的果蝇群体数量大小，其在如此短的时间内不可能出现我们观测到的大量抗性突变。
是群体遗传中一个很重要的概念，其中表示有效群体数量，表示突变率，而则可以认为是群体中新突变的产生速率。突变率越高，或者有效群体数量越大，该群体的新突变发生也越快。很多病毒或者原核生物的很高，常常大于1，它们的突变产生很快。而对于很多真核生物，其一般远远小于1（黑腹果蝇的约等于0.01），群体中的突变较少。
不过，事实上，人们观察到很多发生在真核生物中快速适应的例子，比如昆虫对于杀虫剂的抗性，其产生的速度要比模型预测的快很多。
具体来说，有机磷杀虫剂和氨基甲酸酯类杀虫剂所针对的乙酰胆碱酯酶能够在很短的时间内产生对上述两种杀虫剂抗性。这两类杀虫剂于1950-1960年代以来，开始广泛使用，而短短几年内，就出现了相关抗性的报道。现在在很多节肢动物物种中都出现了对上述两类杀虫剂的抗性。
在黑腹果蝇Ace基因中，有四个高度保守的位点突变导致了果蝇对杀虫剂的抗药性：I161V, G265A, F330Y, G368A。携带上述一种或多种的单倍体型在自然界已经广泛存在，并且它们有相加效应，即携带多个的个体比携带一个的个体抗性更强。
黑腹果蝇起源于沙哈拉以南的非洲，并于过去1万-1.6万年间扩散至全球各地。当然，在这个扩散过程中，群体经历了瓶颈效应。在当今各大洲果蝇群体中的抗性突变，可能是在扩散之前，即非洲群体中就已经存在了；也有可能是在扩散之后，在各个群体中独立形成的抗性突变。
本研究比较了非洲、美洲和澳洲的黑腹果蝇的Ace抗性基因中的突变位点。发现在美洲和澳洲的果蝇群体中的突变是在走出非洲以后新形成的。考虑到有机磷杀虫剂开始使用的时间，可以推测果蝇中对杀虫剂的抗性在过去五六十年的时间（1000-1500代）内快速产生；而且这些抗性点突变位于不同的单倍体型上。
当前，很多对果蝇的研究估计，在此条件下，果蝇群体中只有不到1%的适应是通过现有变异standing genetic variation产生的，另外99%是通过新突变de novo mutation形成的。
而要想通过新突变形成适应，那么该突变必须经历两个过程：
侥幸度过遗传漂变造成的随机丢失
在群体中的频率必须到达中等及以上水平，以便被我们观测到
如果只考虑一个抗性位点的适应，那么导致该适应的突变必须有足够大的选择优势（s>0.2）,这样该突变才能在1500代之内在群体中迅速建立起来。而如果同时考虑多个抗性突变位点，那么突变所具有的选择优势应该更大。
理论研究显示，在水平上，软性选择性清除soft selective sweeps非常罕见。进而推测，果蝇中的正向选择应该是以硬性选择性清除hard selective sweeps为主。但如果是硬性选择清除，那么该选择事件应该起源于一个单倍体型上的单一突变。我们又怎么会观察到这些突变出现在不同的单倍体型（很近距离内)上呢？这似乎是很矛盾的地方。
但如果我们更改一下我们的假设，如果大于1，那么群体中的适应就应该以软性选择性清除为主，抗性突变会同时出现在不同的单倍体型上，我们上述的问题就迎刃而解。
所以，我们既往对的估计可能存在偏差。回顾一下计算的公式，其中突变率是一个相对稳定的估计，很多研究结果比较相似，大概在10e-9每碱基位点每世代；而有效群体数量则成了影响的重要因素。所以我们既往对果蝇有效群体数量(1e6)的估计可能存在问题。
本研究进一步通过模拟不同大小（0.01， 1）产生观测抗性位点的情况，发现只有在时，才能观测到3个抗性基因的产生以及软性选择性清除的信号。同时，当时，软性清除是通过新突变的多发而形成的（即同一个位点突变在群体中多次发生），而非通过一个新发突变在不同单倍体之间的重组。
所以，对黑腹果蝇有效群体数量的估计可能会在1e8数量级上，这一估计要比我们以往估计高2个数量级。我们以往对有效群体数量的估计一般是通过群体中中性位点的多态性来估计的。那么二者之间的差异如何解释。
需要指出的是，通过中性位点多态性估计的有效群体数量是个长期有效群体数量，该群体数量反映的是各个连续世代有效群体数量的调和均值harmonic mean。这就决定了，如果某一世代的有效群体数量突然大幅降低，那么整个长期有效群体数量将受到该世代的严重影响，造成估计值偏低。
对于Ace基因而言，在其经历选择的1500代内，果蝇群体数量没有经历群体大幅减少的现象（因为果蝇的瓶颈效应发生在数万年前的走出非洲），对其有效群体数量的估计不受到瓶颈效应的影响。所以其有效群体数量可能比一般认为的要高很多。
简而言之，长期有效群体数量和短期有效群体数量的不同，造成了我们对Ace基因观测结果和理论预期的差异。
短期有效群体数量通常不会大于统计群体数量（即实际物种个体数量），如果一个物种本身统计群体数量就很小，那么该群体的短期群体数量也一定不会很大，这种情况下，群体的适应可能受到新突变数量的限制。不过，对于像果蝇这样的昆虫， 其统计群体数量很大，因而短期有效群体数量也一般比较大。但是有一点注意，有些物种统计群体数量受到季节影响呈周期性变化，比如冬季数量骤减，春夏季数量增加，这时，虽然统计群体数量很大，但是短期有效群体数量可能也不会很大。
总结：
有效群体数量在群体遗传学中是一个非常抽象的概念，我们通过中性位点估计的长期有效群体数量可能不能反应短期的有效群体数量，进而造成了对有效群体数量的低估，导致对群体中软性选择性清除作用的低估。
参考资料：Karasov, T., Messer, P. W., & Petrov, D. A. (2010). Evidence that adaptation in Drosophila is not limited by mutation at single sites. PLoS genetics, 6(6), e1000924.
