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物种的进化是一个单向过程吗?新研究结论不敢苟同

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 Connor Feng • 2020-03-11 22:20:35 来源:前瞻网 E4630G0

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图文无关

龟蚁中的大兵蚁看起来就像是从日本动画电影里跑出来的真实生物。这些栖息在树上的蚂蚁头上戴着亮晶晶的超大脑袋,它们会用这些脑袋堵住巢穴的入口——本质上就像一扇活门。

但并不是所有的大兵蚁头部形状都一样:有些大兵蚁头部类似于人孔盖,能够完美地密封巢穴的入口。其他的则是方头,多个成员会将这些方头组合成一个屏障,就像斯巴达军队重叠的盾牌。这种头部形状的变化并不只是自然界的另一种古怪现象,它还可以揭示物种填补生态龛位的进化方式。发表在《美国国家科学院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences)杂志上的一项新研究显示,这种进化方式并不会总是朝着特殊化的方向发展,有时候,它也可以把一个物种带回到一个更原始的阶段。

洛克菲勒社会进化和行为实验室的负责人丹尼尔·克罗诺尔(Daniel Kronauer)说:“通常情况下,你会认为一个物种一旦进化变得复杂之后,它就会被困在那个非常狭窄的生态位里。但龟蚁是一个非常有趣的例子,它们有很多进化退化的活动,反映了动态的进化轨迹。”

进化中的匹配

像许多其他群居的昆虫一样,龟蚁内部也有着不同的分工,负责不同分工的龟蚁经常进化出与它们分工相适应的夸张特征。对于大兵蚁来说,这个进化过程就产生了各种形状的大脑袋。

这项新研究的主要作者、乔治华盛顿大学的生物学家斯科特·鲍威尔(Scott Powell)说:“最小和最大的龟蚁头之间有高达4倍的差异。为了帮助人们想象这一点,我经常说,最小的那种龟蚁能够舒服地坐在最大的龟蚁的头上。”

龟蚁大兵蚁头部的形状和大小取决于他们所居住的隧道类型。这种蚂蚁不会自己挖隧道,它们会进入那些早就被蛀木甲虫挖空的隧道。Kronauer说,由于旧隧道大小不一,所以为了能够占据隧道,蚂蚁会迅速进化。

因此,龟蚁头和隧道之间的关系就可以为自然选择提供一个独特而清晰的视角。研究人员可以很容易地将一个特征(头围),与龟蚁通过进化去适应的生态特征进行比较,那就是巢穴入口的大小。正如Kronauer所说,“这完全是1:1匹配的相同比例。”

一个动态的过程

为了研究不同龟蚁头部形状的进化历程,研究人员将89种龟蚁按照方形、圆顶、圆盘和碟形的头部形状进行了分组。这些龟蚁中还包括了一群没有大兵蚁的龟蚁。然后,他们利用先前收集到的物种遗传信息,研究了这些群体之间的进化关系。

如果进化是单向的话,那么最早出现在4500万年前的龟蚁应该完全没有大兵蚁,然后逐渐向特殊化进化——从多普遍型、方头的大兵蚁开始,一直到那些高度特殊化的头型。

但新的分析表明事实并非如此。相反,研究人员追踪到它们最古老的共同龟蚁祖先很可能是一种方头龟蚁。那个祖先后来形成了一系列的物种,从完全没有士兵的物种到其他具有不同特殊化程度的物种。在某些情况下,随着时间的推移,更特殊化的物种还会改变进化方向,进化回更普遍的头部形状。

Powell 说,在使生物体的形状与它们所处的环境相适应方面,这一发现很好地说明了大自然的灵活性是多么惊人。

Kronauer补充道:“进化的空间实际上比我们之前想象的要大得多。”

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