这种变色蜥是进化达人 但未来却可能再无进化余地

2018-06-04 12:55:51 quecongsoft 17

出品|网易科学人栏目组 翟中超

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这种棕色的变色蜥在进化上遇到了麻烦,它们几乎没有进化的余地了。

这种变色蜥是进化达人 但未来却可能再无进化余地

图注:一只古巴棕色变色蜥。(图/查尔斯・夏普)

棕色变色蜥是世界上最成功的物种之一,这些动物生命力很顽强,它们已经在西半球大部分地区有了定居之所,它们甚至搭乘了横跨太平洋运输观赏植物的轮船来到了夏威夷和新加坡。在美国东南部,棕色变色蜥实际上已取代了当地的土著绿色变色蜥,它们甚至把把土著赶到了树上。从阴暗的森林到阳光普照的海滩,都有这些冷血动物的踪迹,它们好像在地球上任何地方都能玩得开!

“这种动物在巴哈马群岛非常普遍,普遍程度能令你大吃一惊。你在路边随便捡一种灌木,然后凑近仔细看,我敢打赌,你会看到一只棕色变色蜥,当然,也有可能是三只。”巴拿马城史密森尼热带研究所的博士后研究员迈克尔・洛根说道。洛根的研究对象就是这些变色蜥。

你可能会认为,棕色变色蜥数量这么多,而且还覆盖了地球上这么多地方,那么这个物种应该会出现很多遗传变异。是的,有些变色蜥的体型会变得更大或更小、运动速度会变得更快或更慢、外观颜色也可能会变浅或加深,也就是说,不同地方的变色蜥偶尔可能会适应新的挑战,比如气候变化,而且,它们会把这些特征传递给年轻一代,那么下一代对气候的忍受程度应该更强。但是一项最新的研究表明事实并非如此。

这种变色蜥是进化达人 但未来却可能再无进化余地

图注:棕色变色蜥。(图/托马斯・布朗)

这项研究发表在最近出版的《英国皇家学会报B》(Proceedings of the Royal Society B)上。该研究会对所有冷血动物的未来产生重大影响。这些冷血动物包括蜥蜴、其他爬行动物、两栖动物还有鱼,这些动物的体温会随着外界环境的变化而变化。因为这些被称为冷血动物的物种的生命与温度的波动联系的非常紧密,所以研究这些物种能帮助科学家更好地理解全球变暖的危险性。

“在气候变化的影响下,这些遗传变异的特征并不明显,这一点的确令人惊讶。比如说,棕色变色蜥中有一种跑的最快的变色蜥,它们的体温的遗传变异就不怎么明显,而想要逃脱捕食者的追捕,这一特征很重要。现在问题就来了,如果棕色变色蜥缺少遗传适应的必要条件,那它们怎么能适应地球上不同地区的环境呢?”洛根说道。

现在有一种解释,即一代代的变色蜥面对着环境的挑战,那么该物种就会进化以应对这些挑战,但遗传适应也有可能会走如死胡同。这个解释也有可能,但上述问题依然没有确切的答案。现在的情况是,棕色变色蜥物种内有了一些细微的变化,“但时间在推移,而某些特征上变异性非常有限,因此进化的效果也就很有限。”洛根解释道。

“我刚才说了,有些特征的变异性很有限,这就像四足动物只有四条腿一样,这些特征完全是由基因决定的。因为这些基因在个体间没有变化,几乎所有的四足动物生来就是四条腿,因此,选择也就不能作用于没有变异的特征上,”洛根说道。

这种变色蜥是进化达人 但未来却可能再无进化余地

图注:迈克尔・洛根在巴哈马群岛的大埃克苏马岛收集棕色变色蜥的研究数据。(图/克莉丝汀・米勒)

科学家从两个差异性非常大的栖息地捕捉了成年蜥蜴,一处是凉爽的林地,另一处是气候炎热且光照充足的半岛。研究人员在人工饲养的环境中让蜥蜴进行繁殖,然后在相同的实验室环境中养育这两种变色蜥的后代。

“种群之间的差异完全是由遗传学决定的。现在,我们要对为两种不同的变色蜥提供了相同的生长条件,就是为了看看‘生长条件’是不是在起作用。”洛根解释道。“尽管两者的后代在同样条件下长大,但寒冷地区的蜥蜴和温暖地区的蜥蜴之间还是有着明显的区别。”洛根说道。

研究人员先是将两种变色蜥暴露在不同的温度下,然后使用高速摄影机记录下它们在一根木棒上奔跑的画面。研究人员还使用凝胶包和加热灯营造出21摄氏度到48摄氏度的环境,并用摄像机记录下变色蜥的反应。正如研究人员所预料的,原来生长在温暖环境下的蜥蜴在更高的气温条件下表现得更好,但是这两组蜥蜴并没有表现出许多遗传变异。

“我们的研究结果表明,为了让这些种群一开始就适应它们的热环境,自然选择可能已经用尽了所有可用的遗传变异,这样一来,随着全球气候的继续变化,这些变色蜥就没有再进化的余地了,”洛根说道

这种变色蜥是进化达人 但未来却可能再无进化余地

图注:棕色变色蜥。(图/Pixabay)

这项研究表明适应炎热的特征拥有遗传基础,“因为当我们对环境的影响施加控制时,这两种变色蜥之间就存在差异,”洛根补充说道。“但是我们也证明了在这两种变色蜥种群的内部,这些特征都缺乏遗传变异,这也就意味着,面对自然选择,它们再也不能进化了。”

“尽管事实证明变色蜥比预想的要脆弱,但棕色变色蜥的数量很大,它们也有能力适应新的环境,看上去不太可能很容易就受到气候变化的影响,”洛根说道。这项研究也提出了一个令人不安的问题,即在全球变暖的环境下其他物种的命运将会如何。

“相比棕色变色蜥,其他物种倾向于覆盖面更为有限的区域,且更倾向于只生活在一种热环境中,”洛根说道。“棕色变色蜥在全球算得上是个成功入侵者的角色,但如果连它们都缺乏必要的遗传变异以迅速进化的话,那其他的生物可能就更不妙了。”洛根说道。“面对自然选择,相对稀少的、特化程度更高的物种的遗传变异的机会应该更小。”

进化生物学家、蒙大拿大学博士后研究员谢恩・坎贝尔-斯塔顿表示该研究在冷血动物应对不断变化的温度之间搭建了一个关键的链接。坎贝尔并未参与这项研究。

这种变色蜥是进化达人 但未来却可能再无进化余地

图注:环颈蜥。(图/Pixabay)

“到现在为止,已经有几项研究表明,极端天气事件和环境的迅速变化会引起选择性事件,比如对干旱、热浪或寒潮有更强抵抗力的生物体存活下来的可能性更大,把基因传给下一代的可能性也更大,”坎贝尔・斯塔顿说道。“不管怎样,这项研究指出,虽然跨代间能出现进化,但有个条件,那就是允许生物体继续存活的特征可以遗传给后代。拿棕色变色蜥来说,在高温环境下选择的特征似乎没能有效地传递给下一代,这就意味着这些特征的适应性进化可能发生的时间比全球变暖所预期发生的变化速度要慢得多,简言之,就是生物进化的速度跟不上气候变化的速度。”坎贝尔・斯塔顿补充说道。

“这种不匹配可能是一个灾难性的组合,”坎贝尔・斯塔顿说道。“这意味着,随着气候气候变暖的推移,适应性对生物体耐热能力的要求会增加,也就是说,更多的个体会在某一代死去,而幸存者的情况也好不到哪儿去,它们对持续上升的气温可能稍微更适应些,但也可能一点优势也没有。这种不匹配的最终结果就是,如果温度继续上升,那么物种就会不可避免地走向灭绝。”坎贝尔・斯塔顿说道。

虽然这项研究并不直接适用于温血动物,“很明显,世界上有很多物种,包括我们赖以生存的植物,因为植物能提供食物和氧气,还包括为植物授粉的昆虫,以及许多在生态健康中充当重要参与者的冷血动物都可能会受到极大影响。”坎贝尔・斯塔顿说道。

全球在变暖,但小范围物种缺乏迁徙能力,那么进化就是“它们主要的逃生通道,”洛根说道。但本次研究“暗示着我们所热爱与关心的许多物种可能都无法对气候变化做出快速的进化反应。”

郭浩 本文来源:网易科学人 责任编辑:郭浩_NT5629
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