当动物孤立地进化时会发生什么?

由:乔什·克拉克

加拿大马尼托巴省的北极熊是动物适应环境的典型例子。但是它们的皮毛是如何从棕色变成白色的呢?查看更多 北极动物图片
保罗·理查兹/法新社/盖蒂图片社

你有没有想过这是怎么回事北极熊变成白人?这很有道理;白熊很容易就融入了白色的北极地区。这使得它们的猎物很难看到它们靠近,这使它们能够在极地地区生存数千年。北极熊进化而来为了适应环境。每个物种都要经过世代的适应才能在自己的栖息地生存下来,否则就面临灭绝。

但是,当你考虑到北极熊曾经被认为是棕熊家族的分支时,北极熊的白色就变得有些奇怪了[来源:北极熊国际].那么到底是如何棕熊变成北极熊?

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就像其他物种分裂成两个或两个以上不同的物种一样,棕熊和北极熊也经历了一次进化物种形成事件.这是指同一物种的成员分开,直到由于许多不同的可能原因,他们不再能够相互繁殖。这意味着不再有基因流物种之间。

遗传流是指单个物种的遗传差异在物种内传递的可能性。一个物种中两个可以交配的成员可能会通过基因他们之间。可以这样想:你母亲的基因与你父亲的不同。每个人都把他或她自己的血统带到你的概念中,你是这些血统的结果,这种遗传流。当以前单一物种的成员之间不再有遗传流动时,生殖隔离已经实现了。他们不再共享相同的东西基因库.当这种情况发生时,物种形成就完成了,一个物种现在变成了两个(或更多)物种。

但是物种形成是如何发生的呢?进化论者仍然没有一个明确的答案。关于生殖隔离是如何发生的,有很多不同的观点。在下一页,我们将看看科学家怀疑物种形成发生的条件。

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物种形成的类型

山脉,比如亚洲的喜马拉雅山脉,宽广到足以孕育异域物种形成。"width=
山脉,比如亚洲的喜马拉雅山脉,宽广到足以孕育异域物种形成。
这个位于/法新社/盖蒂图片社

物种形成事件被认为是在许多条件下发生的。科学家们普遍认为,这是因为同一物种的成员彼此隔离了。有四种类型的物种形成进化论者被认为是物种形成的最有可能的解释。

在这种情况下分区物种形成在美国,一个实际的地理边界在物理上将物种分开。例如,一条河流或山脉可能导致一个物种的分化。

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parapatric物种形成在美国,一个物种分布在大范围的不同环境中。他们适应了这些新的地区,并逐渐成为独立的物种。没有明确的地理特征将这些动物分开——它们可能只是因为群体之间的距离而成为独立的物种。

Peripatric物种形成当一个小群体从物种的主体中孤立出来时发生。因为这个星团只是整个星团的一小部分人口在物种中,所有使物种健壮的遗传差异可能都不存在。这就是进化生物学家所说的瓶颈.一些基因一个物种内部的流动被切断并与基因库

在进化瓶颈期,小种群能够成功地繁衍后代。这在人类历史的不同时期都发生过。例如,大多数欧洲人都是几百个祖先的后代,他们生活在一个瓶颈之中[来源:博学的].

虽然一个小群体可能成功地重新繁殖,但瓶颈可能会产生影响。在这个小群体中存在的基因将变得强大,因为遗传流比在更大的群体中要庞大得多,在更大的群体中,遗传差异(包括异常)被分散开来。这叫做建立者效应.最终成为一个大种群的创始成员的基因比相似的更大种群的基因更加频繁。一个亚米希人美国宾夕法尼亚州的一个教派患有小头畸形症,这是一种通常致命的疾病,患者的大脑无法发育到正常大小。这些阿米什人都是18世纪来到宾夕法尼亚州的一对夫妇的后裔。

在这种情况下同域物种形成在美国,一个物种的成员继续生活在一起,但仍然分裂成不同的物种。例如,一些昆虫以单一种类的水果为食并繁殖。如果这个物种的一些成员尝试了另一种水果,他们的后代可能也会被抚养去吃那种水果。如果发生这种情况,一个物种的成员可能会根据它们赖以为生和产卵的水果而分化成两个物种。

在这些物种形成的每一种类型中,物种必须经历生殖隔离的过程。例如,豆娘进化出了不同的生殖器,其成员在生理上无法相互交配。然而,生殖隔离不必如此激烈。一个物种的成员可以进化出不同的交配仪式,这些仪式不会吸引其他物种的成员。它们也可能在一天、一个月、一个季节或一年的不同时间交配。或者它们可以进化到在不同的地方交配,例如在两种不同类型的水果上交配,就像上面给出的同域物种形成的例子一样。

所以当一个种群发现自己以这样或那样的方式与其他物种隔离时,物种形成就发生了,对吧?不一定。在下一页找到更多关于物种形成的分歧。

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渐进vs.准时

中国为化石记录提供了大量的化石——迄今为止发现的所有化石遗骸所记录的地球自然史。这具骨架于2007年7月在上海展出。"width=
中国为化石记录提供了大量的化石——迄今为止发现的所有化石遗骸所记录的地球自然史。这具骨架于2007年7月在上海展出。
中国的照片/盖蒂图片社

似乎当一个物种的成员最终与该物种的其他成员隔离时,就可能发生物种形成事件。科学家们可以比较相似物种的基因来证明它们的共同之处DNA它们的共同之处有力地表明这两个物种以前是一个物种。但是这个过程是如何发生的呢?不幸的是,进化论者还不能确切地确定物种形成是如何发生的。相反,可以说,进化出了两个主要阵营,对物种形成过程的发生有着截然不同的看法。

有些人相信系渐变他认为,物种形成的过程是持续不断的,而且是在很长一段时间内发生的。其他人相信间断平衡.这些人认为,物种形成发生在快速的跳跃和开始,事件之间有很长的时间间隔。两组都有化石记录与…斗争

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化石记录是所有物种的总和化石到目前为止已经发现的。放在一起,它们就形成了一个相对清晰的画面进化在生命中地球.但是,化石记录中也有空白期——新物种突然出现的时期,没有任何明显的从一个物种到一个完全不同的、相关的物种的转变。

赞同间断平衡论的人说,化石记录证明他们关于物种形成的理论是正确的。如果物种形成发生在突然的跳跃和开始,就不应该有从一个物种过渡到姐妹物种的记录。相反,一个物种的成员发现自己在繁殖上与其他成员隔离,突然,物种形成发生了。

至于渐进主义者——他们通常宣称进化论之父查尔斯·达尔文(Charles Darwin)是他们的一员——化石记录根本不完整。物种形成的过程包括从一个物种到一个相关物种的漫长过渡。在渐进主义者看来,这些过渡成员只是还没有从地球上的淤泥和岩石层中挑选出来。换句话说,对于渐进主义者来说,化石记录是不完整的。

但关于物种形成过程的争论可能会告一段落。一个完美的自然实验被冲上岸了。这里的环境再完美不过了。要了解它,请阅读下一页。

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《岛屿生活

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史蒂夫·芬恩/盖蒂图片社 伦敦动物园展出的科莫多巨蜥,如拉贾,就是岛屿物种与大陆表亲相比可以生长到巨大比例的例子。
史蒂夫·芬恩/盖蒂图片社

1995年9月中旬,飓风玛丽莲袭击加勒比地区。这场风暴造成至少13人死亡,损失超过20亿美元。许多人在地震中失去了家园飓风.但并非所有受玛丽莲影响的人都是人类。一组15绿鬣蜥据信,在依附于风暴残骸三周后,它从瓜德罗普岛漂流到了安圭拉岛。当绿鬣蜥踏上安圭拉岛时,它们成为了一个新物种的潜在创始成员。

如果物种形成的过程真的发生了,这可能需要一段时间——如果渐进主义者是正确的。或者,正如间断均衡理论的支持者所认为的那样,它可能发生得相当快。当然,如果鬣蜥不能足够快地适应安圭拉生活的差异,它们可能不会活得足够长,无法在新环境中茁壮成长。

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但是鬣蜥的新环境说明了进化上的孤立。在岛上,鬣蜥在物理上是孤立的,并可能进化成与其他物种的繁殖隔离。岛屿代表着与世隔绝的极致。正因如此,岛屿生活产生了一些剧烈的变化表型——外在特征——在物种之间。巨人症和侏儒症都被发现是物种形成的结果。

也许最近没有一个向小型企业发展的激进例子像的案例那样被记录在案弗洛里斯人.2005年,在印度尼西亚的弗洛雷斯岛上,人们发现了一个小头骨。它很小,大约和黑猩猩的头骨一样大,如果它周围没有一些原始的工具,这可能是头骨的发现者所相信的。这些工具表明头骨属于人类,或者至少是人类的亲属。但对于这么小的头骨来说,这是一个非常小的人类。对头骨的测试发现,它的主人生活在1.8万年前的弗洛雷斯。根据头骨的大小计算,发现它的研究人员认为这个人站起来只有3英尺多高。这一发现的消息震惊了科学界,甚至激发了一些普通公众的想象力。

这个头骨是否代表了一种新型的人类正在受到挑战。宾夕法尼亚州立大学的研究人员认为,发现的头骨代表了一种智人患有发育性疾病头小畸型,就像亚米希人宾夕法尼亚州的一个小组。但是一群小人类的概念,不同于智人在岛屿上进化就是一个例子岛的规则——对物种形成的一种概括,即岛屿上的动物通常比它们在大陆上的表亲长得更小或更大。

生物学家仍在试图解释为什么会发生这种情况。最合乎逻辑的解释是,岛屿上的环境压力与大陆上的环境压力大不相同。岛屿面积越小,食物来源就越少。这似乎可以解释在许多物种中发现的侏儒症。但那些能长到巨大体型的动物呢,比如科莫多巨蜥?这些物种可能已经比它们的表亲长得更大,因为岛屿上的捕食者更少,对可用食物来源的竞争也更少。

关于岛屿统治的流行理论是,各种各样的当地环境因素导致岛屿隔离的动物进化或大或小可能没有一种经验法则可以解释所有岛屿的进化过程。也许安圭拉的最新到来——绿鬣蜥——将揭示该岛的统治和物种形成。

有关进化和其他相关主题的更多信息,请访问下一页。

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更多优质链接

  • Eldridge, Niles等人。“进化停滞的动力学。”古生物学》2005。http://www.nileseldredge.com/pdf_files/Dynamics_of_ Evolutionary_Stasis.pdf
  • Farabee, Mike博士。“现代进化论。”埃斯特雷拉山区社区学院。http://www.emc.maricopa.edu/faculty/farabee/BIOBK/BioBookEVOLII.html
  • 费格斯,查尔斯。“小头骨,巨大争议。”宾夕法尼亚州立大学。2007年4月23日。http://www.rps.psu.edu/indepth/hobbit1.html
  • 弗格森,迈克尔。“人类的进化瓶颈和选型交配。”博学的。http://www.dubage.com/API/ThePolymath/1.1/ThePolymath0701ebam.html
  • 古尔德,斯蒂芬·杰伊埃尔德里奇,奈尔斯。“被打破的平衡成熟了。”大自然。1993年11月18日。http://dba.fc.ul.pt/evo/textos/gould_eldredge_1993.pdf
  • Kettlewell,朱丽安娜。“蝴蝶解开了进化的秘密。”BBC, 2005年7月24日。http://news.bbc.co.uk/2/hi/science/nature/4708459.stm
  • 米利厄斯,苏珊。“鬣蜥能坐木筏游200英里吗?”-在安圭拉发现的鬣蜥可能是被瓜德罗普岛的飓风残骸冲上岸的。”科学新闻。1998年10月24日。http://findarticles.com/p/articles/mi_m1200/is_n17_v154/ai_21260732
  • 莫罗,贝蒂·赫恩和拉格斯代尔,a·凯瑟琳。“美属维尔京群岛对飓风玛丽莲的早期反应。”佛罗里达国际大学。1996年6月11日。http://www.colorado.edu/hazards/research/qr/qr82.html
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  • 泰森,彼得。“为什么岛屿会孕育巨人(有时是侏儒)?”新星。2000年11月。http://www.pbs.org/wgbh/nova/eden/giants.html
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  • “进化”。北极熊国际组织。http://www.polarbearsinternational.org/polar-bears-in-depth/evolution/
  • "孤立是如何影响进化论的"关于科学。http://www.allaboutscience.org/how-does-isolation- affect-the-theory-of-evolution-faq.htm
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  • “系统渐进主义。”布莱克韦尔出版社出版。http://www.blackwellpublishing.com/ridley/a-z/Phyletic_gradualism.asp

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