演化路上 这个物种为何越努力越不幸 _光明网

点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:演化路上 这个物种为何越努力越不幸
首页> 科技频道> 综合新闻 > 正文

演化路上 这个物种为何越努力越不幸

来源:科技日报2021-12-09 09:30

调查问题加载中,请稍候。
若长时间无响应,请刷新本页面

  不同类群的生物、不同时间段的演化速率的异质性在生物中广泛存在,但产生异质性的机制还不清楚,可能与其自身的遗传和形态特征有关,但也与其他生物和生存环境相关。

  人们通常认为,在生物的进化过程中,许多大的进化分支是通过快速进化出现的,它们拥有更高的生物多样性;而较小的分支则经历了更缓慢的进化,它们的生物多样性更低。

  然而在1944年,美国著名古生物学家乔治·盖洛德·辛普森在他的经典著作《进化的节奏和样式》中,提出了相悖的观点。辛普森认为,快速的进化可能导致不稳定和灭绝,缓慢的进化则可以带来更高的生物多样性。

  这曾是一个具有挑战性的观点。然而最近,英国布里斯托大学地球科学学院几位研究人员发表于国际著名期刊《古生物学》的一项研究,通过调查包括蜥蜴和蛇等在内的有鳞类以及它们的一些近亲,证实了辛普森早期的观点。他们的研究证实,生物的一些分支进化得快,灭绝得也快。

  物种进化的快慢由什么决定

  进化是靠什么力量来驱动的?达尔文曾经回答过这个问题。用现代的话语来表述,进化的基本模式就是族群内的基因与染色体的组态出现的频率发生了变化。

  “一个基因可能会改变头颅的性状,延长寿命,重构翅膀的花色与形态,或创造出一个形态硕大的族群。”美国著名生物学家、博物学家爱德华·威尔逊在他的经典著作《缤纷的生命》中写到。

  而关于物种进化,不同的理论有不同的描述。

  在1859出版的《物种起源》中,达尔文认为在生物多样性的演化过程中,许多大的演化枝似乎是通过快速演化而出现的,而较小的群体经历了缓慢的演化。

  “传统达尔文的演化理论认为生物演化是渐进的,即生物形态上的改变是逐渐的、积累性的。而间断平衡理论则认为生物在一定环境条件范围内趋于保守,变化是突然的、爆发式的,因此生物在一段时间内保存不变,但在一个相对短的时间里会突然变化。”中国科学院古脊椎动物与古人类研究所副研究员董丽萍向科技日报记者介绍,在生物演化历史中,我们既观察到渐进的变化,也观察到突然的变化。

  辛普森是美国活跃在上世纪40年代至80年代的古生物学家,以其对进化论和对动物物种洲际迁徙的理解和贡献而闻名。

  在研究中,辛普森在达尔文演化理论的框架内审视了演化的基本模式,并观察到,许多快速演化的物种属于不稳定的群体,它们有可能适应快速变化的环境。1944年,他在经典著作《进化的节奏和样式》中提出,高演化速度不太可能持续很长时间,因为快速演化的进化枝可能非常不稳定,以至于灭绝或会转向拥有较慢进化速度的物种。

  那么,我们如何衡量生物的演化速度,又如何定义一种新的性状和分类群?董丽萍介绍,生物的演化速率就是单位时间内在一个支系内生物发生的变化。变化可以是分子上的,如单位时间内DNA碱基对的变化数目;也可以是形态学的,如单位时间内形态特征及性状的变化数目。同一时间段内变化数目多的支系,我们就说其演化速率快。“在生物学上,性状就是可识别的形态特征。一个新的类群由这个类群共同拥有、与其他分类群有区别的性状所定义。”董丽萍说。

  然而,由于化石等研究材料的不易得,以及研究方法、模型等方面因素的影响,古生物学家长期以来一直将“早期爆发”模型确定为许多进化枝扩展的最佳解释,罕有实证检验辛普森的假说。直到布里斯托大学埃雷拉·弗洛雷斯博士等人研究的出现。

  鳞龙类范本研究牵出一个意外

  鳞龙类是爬行动物的一个超级支系,包括蜥蜴和蛇类组成的有鳞类,以及楔齿蜥为代表的喙头类。

  其中,现存有鳞类动物大约1万种,它们的形态和生态各异,影踪遍及世界各地的水陆空生境,从马达加斯加拇指大小的微小变色龙到10米长的蟒蛇,以及同样巨大的已灭绝的海洋沧龙都属于有鳞类,它们多以海藻、植物、昆虫和哺乳动物为食。相比之下,喙头类早已式微,今天仅有单一物种——楔齿蜥存世,在地理上也仅限于新西兰岛屿局部。

  同是鳞龙类的“亲戚”,它们的命运为何如此迥异?其实鳞龙类现存的生物多样性,只是它们漫长进化历史的一个缩影。

  在进行鳞龙类的进化速度研究之前,埃雷拉·弗洛雷斯博士等人原本期待会在喙头类动物身上发现缓慢进化的痕迹,而在有鳞类动物身上发现快速进化的痕迹。然而,通过对167种中生代鳞龙类样本的一系列研究,他们观察到正好相反的情况。

  埃雷拉·弗洛雷斯博士说,鳞龙类起源于2.5亿年前的中生代早期,它们分化成有鳞类和喙头类。他们发现,在有鳞类前三分之二的进化史中,演化速率缓慢;而其姐妹演化分支喙头类,虽然如今只由一个物种组成,却显示出曾有过快速的演化速率。

  各种研究证据表明,在早期的鳞龙类演化过程中,喙头类是更成功的、形态更具多样化的群体,而最早的有鳞类动物的多样性要少得多。直到白垩纪,喙头类动物数量下降,但有鳞类动物却经历了大量辐射,包括形态学和系统发育扩展。也就是说,在新生代,蜥蜴、蛇等有鳞类动物仍然是陆地生态系统的重要组成部分,但喙头类动物已减少为楔齿蜥这样“硕果仅存”的孑遗物种。

  “进化越快灭绝越快”或不具有普遍性

  6600万年前,恐龙灭绝之后,喙头类动物和有鳞类动物都遭受了重创,但有鳞类动物的物种数目却在后来得到了恢复,今天有超过1万个物种存世,并且演化速度普遍较快。

  这个结论,为辛普森当年富有挑战性的观点提供了一个实例,证实了快速演化的生物类群在现代生命世界中不一定更繁盛。正如古老《伊索寓言》中赛跑的龟与兔,与喙头类相比,有鳞类拥有像龟一样缓慢的演化速率,但这却意味着低水平的波动性和更少的灭绝风险。

  但是,董丽萍认为,不同类群生物的演化速率有显著区别。如埃雷拉·弗洛雷斯等人在《古生物学》上的这项新研究所示,同为鳞龙类的喙头类和蜥蜴、蛇等有鳞类,就有着明显不同的演化速率,在中生代时,喙头类的演化速率显著快于有鳞类。

  同时,同一类群在不同时间段的演化速率也不相同,例如喙头类和有鳞类身体大小的演化速率在白垩纪时都要比在侏罗纪时高。“不同类群的生物、不同时间段的演化速率的异质性在生物中广泛存在,但产生异质性的机制还不清楚,可能与其自身的遗传和形态特征有关,但也与其他生物和生存环境相关。”董丽萍说。

  事实上,此前古生物学家对恐龙、辐鳍鱼类、鳄鱼类和甲壳类动物形态进化的研究结果,已经将演化枝的演化成功与快速演化速度等联系起来。大多数其他定量研究表明,快速的演化速度是长期成功的关键,只是鳞龙类的情况正好相反而已。

  “因此,‘进化越快,灭绝也越快’这一现象不具有普遍性。现代生命世界中也存在快速演化且非常繁盛的生物类群,如上述提到的辐鳍鱼类。目前还未能确定演化速率是否与一个类群最终能否延续下来有直接关系,而控制一个类群演化速率的因素也还不清楚。”董丽萍说。(记者 赵汉斌)

[ 责编:赵宇豪 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 隆冬探访东北虎

  • 广西开出新年首趟西部陆海新通道年货班列

独家策划

推荐阅读
针对新冠病毒诸多变异株出现的情况,研发团队已完成相应变异株序列的生物信息分析,并对潜在可能影响试剂检测性能的突变开展了验证实验。
2022-01-15 15:40
让青少年接受科创教育,一共需要几步?在很多家长看来,必须把孩子送到学校、专业培训机构才算“够格”的科创教育。而今后5年,上海9-35岁的青少年在离家步行一刻钟距离的“创新实验室”,就能找到适合自己的创新课程与活动,还能成为“主理人”,把创意和知识传递给大家。
2022-01-14 10:34
一年校内碳排放量相当于生产1000辆汽车产生的碳排放总量;学校5栋教学楼一年浪费的电费超过10万元;每年校园浪费的食物能填满10个教室……
2022-01-14 10:06
无独有偶,在江苏卫视的跨年晚会上,以邓丽君为原型的虚拟人与真人歌手对唱。再加上上海浦发银行的数字员工“小浦”、可以作诗作曲的清华大学虚拟学生“华智冰”、快手推出的电商虚拟主播“关小芳”、活跃在社交平台的虚拟人“AYAYI”……数字虚拟人应用迎来新一波热潮。
2022-01-14 09:59
如今,全国有近30个城市的100座垃圾焚烧炉引入了阿里云工业大脑,每天有数万吨生活垃圾经由人工智能算法、大数据预测分析转化为千万余度绿电。
2022-01-14 09:58
常州大学环境与安全工程学院教授郝永梅介绍,城市燃气管道点多线长、环境复杂,而燃气具有易燃易爆、高能高压、有毒有害等特点,一旦发生泄漏,极易造成爆炸和火灾等次生灾害。
2022-01-14 09:57
7家门店,22台摄像设备,6个月采集了43万人脸照片……2021年年底,滥用“人脸识别”的上海小鹏汽车销售服务有限公司,被上海市徐汇区市场监督管理局罚款10万元。
2022-01-14 09:56
美国天文学家在最新一期《天体物理学杂志》撰文指出,他们首次目睹了一颗红巨星“濒死”前以超新星爆发形式发生的爆炸,比研究人员此前估计的更狂暴激烈。
2022-01-14 09:54
新冠肺炎的许多治疗方法都将目标集中在病毒用于与人类细胞结合的刺突蛋白上。虽然这些疗法对原始新冠病毒效果很好,但对未来的新变种可能没有那么有效。
2022-01-14 09:53
近日,塞浦路斯大学研究人员称,他们在当地发现了一种德尔塔与奥密克戎的重组新冠毒株,并将其命名为“德尔塔克戎”。消息引起公众普遍担忧的同时也引发不少科学家的质疑。
2022-01-14 09:52
据12日出版的《科学·转化医学》杂志报告,美国康涅狄格大学生物工程师成功地在兔子的膝盖上重新长出了软骨,这是朝着治愈人类关节疾病迈出的一大步。
2022-01-14 09:48
“钛合金不仅能抗腐蚀,它的平均密度在4.5左右,比7.85的钢要轻多了,而强度跟钢差不多。”曹春晓说,钛合金能让航空器飞得更快、更灵活。
2022-01-14 09:47
1月13日,国家文物局在京召开“考古中国”重大项目重要进展工作会,通报了切热遗址、玛不错遗址、格布赛鲁遗址、当雄墓地等4项重要考古成果。国家文物局副局长宋新潮出席会议。
2022-01-14 09:44
现代体育竞赛绝非一个人的“战斗”,背后的科技支撑不可或缺,特别是当其体现在奥运健儿训练备战之中时。随着北京2022年冬奥会的脚步临近,很多观众们会关注在比赛中,高山滑雪如何快速绕过旗门;越野滑雪用什么姿态最省力;跳台滑雪用哪种姿势起跳最好;速度滑冰怎样训练提高过弯道的技能?
2022-01-14 09:42
1月13日,记者从重庆市科技局获悉,科技部已正式致函重庆市支持建设重庆国家科技成果转移转化示范区。这是“十四五”以来科技部批复的第3家国家科技成果转移转化示范区,力争到2025年,建成成渝地区双城经济圈高质量发展的重要支撑区,成为西部地区科技成果转移转化的重要承载地和辐射源。
2022-01-14 09:40
1月13日,科技部官网公布《关于营造更好环境支持科技型中小企业研发的通知》(以下简称《通知》),其中提到,到“十四五”末,形成支持科技型中小企业研发的制度体系,营造全社会支持中小企业研发的环境氛围,科技型中小企业数量新增20万家。
2022-01-14 09:38
记者近日获悉,中国科学院北京基因组研究所(国家生物信息中心)研究人员的最新研究揭示了维生素C缺乏小鼠肾损伤的表观遗传调控机制,提供了维生素C缺乏导致急性肾小管坏死和细胞类型特异性DNA/RNA表观遗传修饰的证据,阐明了维生素C缺乏肾脏的细胞和分子表型特征。相关研究成果在线发表于《美国肾脏病学会杂志》。
2022-01-14 09:35
由于张家口崇礼冬奥核心区刚迎来2022年的第一次降雪,1月12日的气温骤然下降,最低气温达零下21℃。这里建有国家越野滑雪中心、国家跳台滑雪中心、云顶滑雪公园和国家冬季两项中心共四个比赛场馆,将产生北京2022年冬奥会109枚金牌中的51枚,均为雪上项目。
2022-01-13 09:44
在黄河三角洲盐碱地上,由山东省农科院研发的“鲁单510”曾经创出全株青贮每亩3778.5公斤的高产水平。如今,这一以“高产、耐密、抗病、抗倒”为特点的新品种又获得了新荣誉。
2022-01-14 09:37
该研究基于全球生物多样性指标与量化方法得出的结论,打破了对生物多样性保护一贯以来的悲观论调,对建立未来全球生物多样性保护格局具有重要意义。
2022-01-13 09:34
加载更多