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研究人员说,“活化石”是独特的,而不是古老的

本站发布时间:2024-06-06 20:16:25

这项名为“进化遗产”的新措施强调了在评估生命的丰富性和复杂性时,独特物种特征的重要性,其中包括生理适应,如不同鸟类的喙变异

面对世界生物多样性面临的快速变化的压力,这一点尤为重要。它还可以帮助回答该领域长期存在的争论,例如“活化石”;像肺鱼这样的物种,数百万年来似乎没有改变—确实仍在发展

来自伦敦帝国理工学院、伦敦动物学会和新西兰坎特伯雷大学的科学家提出了新的指标,以捕捉特定进化特征随时间的积累和损失

由帝国理工学院生命科学系的James Rosindell教授领导,该团队的研究结果发表在《系统生物学》杂志上

罗辛德尔教授说:“我们衡量生物多样性的方式不仅包括物种丰富度,还包括通常被视为理所当然的进化遗传特征的丰富度。”

从历史到遗产,有很多方法可以量化生态群落的生物多样性。其中最简单的方法就是计算存在的不同物种的数量

然而,在20世纪90年代,人们开始关注进化史,考虑物种之间的进化距离;它们的关系有多密切

想象一下地球上所有生命的树,不同的分支代表不同的进化谱系。挂在树枝上的叶子是我们今天观察到的当前物种

进化史是通过考虑一组物种,并将连接这些物种与共同祖先的所有分支相加来计算的。这个想法是,与最近分离的物种相比,亲缘关系较远的两个物种更有可能彼此不同

然而,系统发育多样性的一个缺点是,它往往无法完全捕捉到使物种在物理和生态上相互不同的功能特征

物种可能亲缘关系密切,但有非常不同的特征,比如亚洲和非洲象,它们已经进化以适应不同的环境。非洲象的耳朵更大,皮肤上有更多的皱纹,这有助于它们散发更多的热量。这就是进化遗产的来源。

“通过进化遗产,我们试图捕捉所有我们期望必须存在的独特特征,这些特征可能具有各种重要用途,但尚未正式识别和测量,”Rosindell教授说

进化遗产不仅包括生物特征随时间的积累,还包括它们的损耗—通过除灭绝以外的机制逐渐丧失特征

物种不仅通过在进化分支上获得新的特征而变得彼此不同,而且还失去了从共同祖先那里继承的特征

这个过程可以通过计算或模拟来捕捉,这些计算或模拟使用一种算法,该算法赋予获得或失去现有特征的随机机会

帝国理工学院生命科学系的合著者Will Pearse博士说:“我们捕捉到了进化生物学中一直关心但难以从数学上把握的东西。”

“系统发育多样性被认为也是特征多样性的代表,但它忽略了特征在进化树中不仅出现,而且消失,”合著者之一、坎特伯雷大学的生物统计学家Mike Steel教授说

他说,“进化遗产是以一种综合的、数学上自然的方式处理这种得失过程的一种方式。”

解释活化石

该团队应用他们的框架来解决围绕“活化石”这一有争议的概念的长期进化争论。传统上,活化石被认为是在漫长的地质时期内变化不大的物种,通常与其古代祖先保持着强烈的物理相似性

然而,许多科学家不喜欢这个词,因为它意味着我们今天看到的物种与其祖先完全相同。Rosindell教授说:“这种想法是不正确的;进化不能简单地‘关闭’。生物体会继续变异,并不是所有的生物体都能存活下来繁殖,所以进化会发生。”

进化遗产为理解活化石提供了一个新的视角。新的框架通过预测活化石进化特征的独特性和稀有性,而不是它们与古代物种的表面相似性来定义和识别活化石

这篇论文概述了一种方法,即活化石的识别不是通过其祖先的总体特征,而是通过这些特征在同一祖先的其他活物种中的独特性或稀有性

罗辛德尔教授说:“如果我们考虑一组祖先的特征,有些根本无法存活,有些将在极少数现存物种中存活,而另一些则可能在今天的数千个后代物种中观察到。”

“根据我们的方法,那些具有罕见祖先特征的物种会跳出来并被标记为活化石,”他说

该团队目前正在利用遗传和性状数据验证他们的想法,并进一步开发他们的模型,以用于保护应用和生态学研究

More information: James Rosindell et al, Phylogenetic Biodiversity Metrics Should Account for Both Accumulation and Attrition of Evolutionary Heritage, Systematic Biology (2023). DOI: 10.1093/sysbio/syad072

Journal information: Systematic Biology

Provided by Imperial College London

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