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进化的速度:数千年的进化过程20年也能完成,甚至能逆转

作者:易胜博备用网易胜博网 来源:大科技杂志社 发布日期:2018/10/27 阅读次数:84  评论0【打印】 【复制信息】
 进化的速度:数千年的进化过程20年也能完成,甚至有时还能逆转         1990年,美国生物学家偶然在阿拉斯加的一个淡水湖中捕到了一些棘背鱼。这个湖里土著淡水棘背鱼在20多年前就被人们清除干净,所以这些鱼显然是通过河流从海中迁移过来的。这本身没什么奇怪的,毕竟海水棘背鱼本来就可以在淡水中生活,现在的淡水棘背鱼其实就是海水棘背鱼的后代,它们的祖先在上个冰期结束时,留在了冰川融水形成的湖泊中的,逐渐进化成了淡水鱼。          正常的海水棘背鱼的背部有很多骨板,但令人惊讶的是,这些淡水湖中的海水棘背鱼,其特有的骨板已经减小了,变得和真正的淡水棘背鱼一样。到了2007年,科学家发现这里90%的棘背鱼都只有少量骨板了。曾被认为需要数千年的进化过程在20年间就完成了。            进化只在一瞬间        在自然界,这样的快速进化并非罕见的特例,而是普遍存在的。生物学家发现了越来越多正在发生中的进化,看来每当环境改变,生物就会随之进化。          其实,很久之前就有人发现了快速进化的事例。例如,常被拿出来解释进化论的著名的桦尺蛾,就是在十几年中由于环境污染而颜色变深的。昆虫对农药很快就产生抗药性,这也是进化活生生的例子。不过这些例子在过去总是人们当作特例看待,而现在,生物学家们认识到巨大的改变可以在短时间内出现。          阿拉斯加淡水湖中的棘背鱼是记录最完整的正在发生的进化实例,遗传研究发现,棘背鱼骨板的减少是由于一个叫做EDA的基因的突变。这个突变也存在于海水棘背鱼中,但是非常罕见。而在淡水中,骨板少的鱼具有生存优势,于是在自然选择的作用下这个突变很快变得常见了。          虽然生物的迅速进化通常需要已事先存在的突变,但新突变导致进化的例子也同样存在。例如,由于杀虫剂的广泛使用,有一种尖音库蚊很快就发生了适应新环境的突变,出现了对杀虫剂的抗药性,这种突变就是尖音库蚊所谓一个基因扩增了好几份,使得蚊子制造出了更多分解杀虫剂的酶。这个突变如今已经蔓延到了全世界的尖音库蚊中。          在适宜的条件下,新的物种也可以迅速产生。1866年,美国农民发现两个世纪之前引进来的苹果遭到了一种未知蛆虫的攻击,昆虫学家发现,这种新害虫实际上是本地的山楂蝇的一支,只是换了食谱,然后分离出新物种。影响所及,连以蝇卵为目标的寄生蜂都分化为了两种,一种新的寄生蜂专以新分化的山楂蝇为食。          在中美洲尼加拉瓜的湖泊中,科学家发现,有一种鱼正在分离出新鱼种,新种类的鱼头很尖,方便从缝隙中捕捉水中昆虫,而旧种类则有坚硬的颚,用来粉碎蜗牛壳,两种鱼已经出现了生殖隔离,这意味着它们将演化成两个不同的物种。在达尔文当年航海经过的重要一站——著名的加拉帕戈斯群岛,生物学家也发现新种类的地雀仍在出现。            摇摆不定的进化之路        这就引出了一个悖论,化石记录,还有基因对比都显示进化是渐变的,许多物种历经几千万年几乎都没发生什么变化。如果进化真的发生得那么快,为什么从化石和基因上看不出来呢?科学家认为,问题的关键可能在于,新物种和性状的确是迅速进化出现的,但它们也会迅速消失,所以最终在化石或基因上并没有留下相应的痕迹。          最好的例子同样来自于加拉帕戈斯群岛,1977年,一场干旱让达芙尼岛上的小种子植物几乎灭绝,以这些种子为食的地雀也大量死亡,而嘴比较大的地雀由于更适合吃大个种子而得以生存下来。几代之后,地雀的嘴平均增大了4%。而在降水量较大的1983年以后后,种子较小的植物重新繁盛起来,地雀的嘴也变回了原来大小,进化逆转了。          新物种形成同样也可以逆转,在加拉帕戈斯群岛的圣克鲁斯岛上,地雀曾经分为嘴大小不同的两种,分别以不同的植物种子为食。而现在两种地雀几乎合并回了一种,大多数地雀的嘴都是大小适中的。这可能是由于旅游的人们投喂大米,导致嘴大或嘴小的地雀失去了特有的生存优势。在非洲的维多利亚湖生活着超过500种的丽鱼,维多利亚湖在15000年前几乎完全干涸过,现在的这些鱼都多数都是在这之后由同一个祖先分化出来的。而现在,它们正在合并回同一种鱼。雌性丽鱼在繁殖的时候,要靠对方身上鲜艳的颜色来辨认同种类的雄鱼。而近年来人类活动导致湖水变得越来越浑浊,雌鱼因为看不清颜色看不清楚,经常错选了其他种类的对象,导致混血的新种鱼逐渐取代了原来的鱼种。          自然环境的波动导致生物种群快速向一个方向进化后又转回另一个方向,最后返回了起点。          生存竞赛有张有弛        除了环境的改变,物种之间的相互作用也会导致进化来回摇摆。20世纪90年代,一种寄生蝇来到了夏威夷的考艾岛。这种寄生蝇会通过雄性蟋蟀求偶时候发出的声音追踪它们,在蟋蟀身上产卵,卵孵化出的幼虫会把蟋蟀活生生吃掉,结果导致蟋蟀数量大幅度下降。到了2003年,整个岛的夜晚几乎是一片寂静的,不过加州大学的科学家发现岛上的蟋蟀并没有灭绝,还存在大量幸存者。现在几乎所有的蟋蟀的基因出现了一个突变,这个突变使得雄性蟋蟀的翅膀结构发生了变化,摩擦的时候不再发出声音了。那蟋蟀还怎么繁殖呢?有趣的是,整个种群之所以还能存在下去是仍有一些雄蟋蟀还能发声,那些安静的雄性则聚在它们周围抢走被吸引来的雌蟋蟀。          现在整个岛上的蟋蟀走入了个进化的死胡同,完全安静的蟋蟀种群肯定是无法存活下去的。不过,生物学家推测事情还有转机,随着安静的雄蟋蟀增加,寄生蝇的数量就会减少,然后能唱歌的雄蟋蟀就会增加,导致寄生蝇重新上升,周而复始,在捕食者和被食者之间形成一种循环式的演进。   当然,进化的军备竞赛并不是什么新鲜东西,新鲜的是,不但进化可以迅速发生,进化的方向也可以随时改变。新发现也有很大的实用价值,当我们在电脑上模拟害虫爆发或是寄生虫疾病的蔓延时,必须把进化因素考虑进去,否则可能会得到不正确的结果。          总而言之,整个进化的图景已经和科学家们过去的认识有了根本的不同。科学家们过去一直以为进化在短时间内是完全感觉不到的,经过数百万年积累成为巨大的变化。实际上,倒过来才是对的,生物会应对环境的变化非常迅速的发生进化,但是更长的时期内大多数进化的改变都互相抵消掉了。            所以,时间跨度越长,进化显得越缓慢。我们对化石记录粗浅的解读曾经误导了我们对进化过程的认识。如果新的认识是正确的,我们也不必感到惊讶。毕竟我们终于知道,进化只是迅速地到处乱跑,是无目的的随机过程;而不是缓慢地向某个方向前进,不是螺旋式的“进步”。    
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