进化论科学家之间的一个长期争论是这样的:进化是以可预测的模式发生的,还是取决于偶然事件和偶然性?也就是说,如果你能让时光倒流,正如著名科学家斯蒂芬·杰伊·古尔德(1941-2002)在他著名的比喻“回放生命的磁带”中所描述的那样,地球上的生命会再次进化成与我们现在所知相似的东西吗,还是看起来非常非常不同
犹他州立大学进化生物学家Zachariah Gompert说:“如果你把它定义为非此即彼的问题,那就太简单了。”。“答案不是‘完全随机’或‘完全确定和可预测’。然而,通过研究短时间尺度,我们可以发现可预测、可重复的进化模式。”
Gompert及其同事在《科学进展》杂志的《进化在野外重复的长期研究中重复》一文中报告了棒虫种群可重复进化的证据。这篇论文的作者包括Gompert的长期合作者Patrik Nosil和来自法国蒙彼利埃大学、巴西sã联邦大学的其他研究人员;o圣保罗大学、内华达大学、雷诺大学和圣母大学
该团队在加利福尼亚州的十个自然复制种群中,研究了三十年来关于棒状昆虫Timema cristinae神秘颜色模式变形频率的数据。就其体色和体型而言,T.cristinae是多态性的。一些昆虫是绿色的,这使得这种无翼、以植物为食的昆虫能够与加州紫丁香(Ceanothus spinosus)灌木融为一体。相比之下,绿色条纹的形态在变色龙灌木中消失了
躲藏在植物中是金龟子的主要防御措施之一,因为饥饿的鸟类,如灌木鸟,是棒虫贪得无厌的捕食者
美国大学生物系和美国大学生态中心副教授Gompert说:“鸟类捕食是塑造昆虫生物特征的持续驱动因素,包括颜色和条纹与非条纹。”。“我们在所有种群中观察到条纹频率的可预测‘上下’波动,这代表了基于长期遗传变异的可重复进化动力学。”
他说,一项实地实验表明,这些波动涉及负频率依赖性自然选择(NFDS),在这种情况下,神秘的颜色模式在罕见而非常见时更有益。这可能是因为鸟类对数量非常丰富的猎物形成了“搜索图像”
Gompert说:“在短时间尺度上,涉及现有变异的进化是可以预测的。”。“你可以指望某些驱动因素总是存在,比如以昆虫为食的鸟类。”但在更长的时间尺度上,进化动力学变得不那么可预测
Gompert说:“人口可能会经历一次偶然事件,如严重干旱或洪水事件,这会破坏现状,从而破坏可预测的结果。”他说,从长期来看,该物种的一个新突变可能会引入一种罕见的特征。“这几乎是真正随机的。”
“稀有的东西很容易被偶然丢失,所以一个新的突变很有可能在获得据点之前消失,”他说。“事实上,另一种同样以变色龙为食的Timema棒虫从未或很快失去了形成神秘条纹特征的突变。因此,条纹的进化不是如此大规模进化的可重复结果。”
Gompert指出,从自然种群中复制的长期研究,包括对著名的达尔文雀的研究,是罕见的
“由于这项工作大多局限于一个或几个种群,因此很难对多个进化独立种群之间的可重复性进行推断,”他说。“这样的研究很难实施,不仅因为它们需要协同努力,还因为你不能赶时间。”
Journal information: Science Advances
Provided by Utah State University
2024-09-15
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