趋同进化:当一个好主意在不同物种间移动时

你注意到了吗蜻蜓在美国，蝙蝠和加州秃鹰都有飞行能力，但在其他方面不太相似吗?在过去6亿年左右的时间里，这些动物不太可能有一个共同的祖先，更不可能有一个能把身体拖离地面并在空中盘旋的祖先。然而它们都发展出了独立飞行的能力。这是科学家所说的趋同进化的一个绝妙例子。

好主意就是好主意

进化不会故意做事情;它不是坐在角落办公室的一张大办公桌前，随意决定哪些动物会产卵或在它们的肚子上长袋。进化是生物体在许多代的过程中不断变化以适应其生存条件的过程。还有一些特征，比如飞行，是特别有用的——它可以帮助你捕捉猎物或躲避捕食者，还可以方便地转移到新的食物来源生态位-所以它在不同的动物群体中分别进化了好几次。然而，飞行在不同的群体中看起来并不一样。例如，蝙蝠在腹部、手臂和手指之间形成了一层膜来捕捉空气，而鸟类则沿着手指融合的前肢长出羽毛，这意味着蝙蝠可以分开移动翅膀，而鸟类则必须一起移动。飞行的昆虫只是用它们的外骨骼造了翅膀。

因此，趋同进化可以告诉我们很多关于什么样的适应能够帮助物种在特定的环境中生存下来——生态学家称之为生物群系。例如，在北美，袋鼠鼠生活在索诺兰沙漠，它在凉爽干燥的洞穴里度过炎热的白天，在凉爽的沙漠夜晚收集种子、植物和偶尔能找到的昆虫。沙漠里的每个人都想吃它们——土狼、山猫、响尾蛇、猫头鹰——但袋鼠鼠速度快、动作敏捷，有有力的后腿和极其灵敏的听觉，所有这些都帮助它在艰难的、处于食物链底部的沙漠生物群系生活方式中生存下来。虽然袋鼠鼠没有令人羡慕的生活，但它的生活很有效:地球上的另外两种啮齿动物——澳大利亚内陆的澳大利亚跳鼠和一种被称为袋鼠的小跳鼠跳鼠原产于北非、亚洲和中东的沙漠——分别进化，但惊人地相似。

不会飞的鸟类和基因组学

但是趋同进化是如何发生的呢?这是一个更棘手的问题，过去20年基因工具的发展有助于将其拆解。在一个2019年的研究哈佛大学的一组研究人员在《科学》杂志上发表了一篇文章，他们观察了鸟类无飞行能力的发展——鸟类的这一特征已经进化了好几次——以及进化是如何在企鹅身上实现的，就像在鸵鸟身上一样。

不会飞的鸟，或者说是鼠，不能飞有以下几个原因:在其谱系的某个地方，它们失去了龙骨——这种与胸骨垂直的骨骼在飞行鸟类身上，胸肌附着在上面——它们的前肢也缩小了，从几维鸟几乎没有前肢，到鸵鸟的前肢仍然明显，但尺寸缩小了。

然而，特定的趋同特征可以通过许多方式进化。

“基因组学之前,可以使用发展工具来找出如果相同或不同的发育机制似乎参与收敛的表型,但水平收敛的概念——相同的突变,相同的基因,或相同的途径——发展在很大程度上是因为可以基因组中寻找这些东西现在,”该公司董事蒂姆•萨克顿(Tim Sackton)表示生物信息学哈佛大学。“例如，在比率方面，我们能够证明，在不会飞的鸟类中，控制某些基因何时何地表达的相同基因组区域在不断进化，但这似乎不涉及相同的核苷酸突变。”

趋异进化

是的，在生物世界的不同角落汇集了一些特征的地方，反过来也是正确的:分化进化是一个物种或有机体的群体开始发展不同的特征，从而分裂成不同的物种的过程。当一个物种的种群在地理上分离时，这种情况经常发生，随着时间的推移，它们适应了新地点的条件，无论是捕食压力增加还是气候变化等非生物因素。

一个著名的发散进化的例子是查尔斯·达尔文在他的旅行中加拉帕戈斯群岛在1836年。“达尔文雀”,因为他们现在知道,是一群在唐纳雀(不是真的雀),住在不同的岛屿的群岛——它们之间的主要区别是嘴的形状,改变了一代又一代由于鸟类可用特定的食物在不同的岛屿。