原標(biāo)題：漫長(zhǎng)的演化路上，這個(gè)物種為何越努力越不幸

來(lái)源：科技日?qǐng)?bào)

演化路上 這個(gè)物種為何越努力越不幸

不同類群的生物、不同時(shí)間段的演化速率的異質(zhì)性在生物中廣泛存在，但產(chǎn)生異質(zhì)性的機(jī)制還不清楚，可能與其自身的遺傳和形態(tài)特征有關(guān)，但也與其他生物和生存環(huán)境相關(guān)。

董麗萍

中國(guó)科學(xué)院古脊椎動(dòng)物與古人類研究所副研究員

人們通常認(rèn)為，在生物的進(jìn)化過(guò)程中，許多大的進(jìn)化分支是通過(guò)快速進(jìn)化出現(xiàn)的，它們擁有更高的生物多樣性；而較小的分支則經(jīng)歷了更緩慢的進(jìn)化，它們的生物多樣性更低。

然而在1944年，美國(guó)著名古生物學(xué)家喬治·蓋洛德·辛普森在他的經(jīng)典著作《進(jìn)化的節(jié)奏和樣式》中，提出了相悖的觀點(diǎn)。辛普森認(rèn)為，快速的進(jìn)化可能導(dǎo)致不穩(wěn)定和滅絕，緩慢的進(jìn)化則可以帶來(lái)更高的生物多樣性。

這曾是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的觀點(diǎn)。然而最近，英國(guó)布里斯托大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院幾位研究人員發(fā)表于國(guó)際著名期刊《古生物學(xué)》的一項(xiàng)研究，通過(guò)調(diào)查包括蜥蜴和蛇等在內(nèi)的有鱗類以及它們的一些近親，證實(shí)了辛普森早期的觀點(diǎn)。他們的研究證實(shí)，生物的一些分支進(jìn)化得快，滅絕得也快。

物種進(jìn)化的快慢由什么決定

進(jìn)化是靠什么力量來(lái)驅(qū)動(dòng)的？達(dá)爾文曾經(jīng)回答過(guò)這個(gè)問(wèn)題。用現(xiàn)代的話語(yǔ)來(lái)表述，進(jìn)化的基本模式就是族群內(nèi)的基因與染色體的組態(tài)出現(xiàn)的頻率發(fā)生了變化。

“一個(gè)基因可能會(huì)改變頭顱的性狀，延長(zhǎng)壽命，重構(gòu)翅膀的花色與形態(tài)，或創(chuàng)造出一個(gè)形態(tài)碩大的族群。”美國(guó)著名生物學(xué)家、博物學(xué)家愛(ài)德華·威爾遜在他的經(jīng)典著作《繽紛的生命》中寫到。

而關(guān)于物種進(jìn)化，不同的理論有不同的描述。

在1859出版的《物種起源》中，達(dá)爾文認(rèn)為在生物多樣性的演化過(guò)程中，許多大的演化枝似乎是通過(guò)快速演化而出現(xiàn)的，而較小的群體經(jīng)歷了緩慢的演化。

“傳統(tǒng)達(dá)爾文的演化理論認(rèn)為生物演化是漸進(jìn)的，即生物形態(tài)上的改變是逐漸的、積累性的。而間斷平衡理論則認(rèn)為生物在一定環(huán)境條件范圍內(nèi)趨于保守，變化是突然的、爆發(fā)式的，因此生物在一段時(shí)間內(nèi)保存不變，但在一個(gè)相對(duì)短的時(shí)間里會(huì)突然變化。”中國(guó)科學(xué)院古脊椎動(dòng)物與古人類研究所副研究員董麗萍向科技日?qǐng)?bào)記者介紹，在生物演化歷史中，我們既觀察到漸進(jìn)的變化，也觀察到突然的變化。

辛普森是美國(guó)活躍在上世紀(jì)40年代至80年代的古生物學(xué)家，以其對(duì)進(jìn)化論和對(duì)動(dòng)物物種洲際遷徙的理解和貢獻(xiàn)而聞名。

在研究中，辛普森在達(dá)爾文演化理論的框架內(nèi)審視了演化的基本模式，并觀察到，許多快速演化的物種屬于不穩(wěn)定的群體，它們有可能適應(yīng)快速變化的環(huán)境。1944年，他在經(jīng)典著作《進(jìn)化的節(jié)奏和樣式》中提出，高演化速度不太可能持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間，因?yàn)榭焖傺莼倪M(jìn)化枝可能非常不穩(wěn)定，以至于滅絕或會(huì)轉(zhuǎn)向擁有較慢進(jìn)化速度的物種。

那么，我們?nèi)绾魏饬可锏难莼俣龋秩绾味x一種新的性狀和分類群？董麗萍介紹，生物的演化速率就是單位時(shí)間內(nèi)在一個(gè)支系內(nèi)生物發(fā)生的變化。變化可以是分子上的，如單位時(shí)間內(nèi)DNA堿基對(duì)的變化數(shù)目；也可以是形態(tài)學(xué)的，如單位時(shí)間內(nèi)形態(tài)特征及性狀的變化數(shù)目。同一時(shí)間段內(nèi)變化數(shù)目多的支系，我們就說(shuō)其演化速率快。“在生物學(xué)上，性狀就是可識(shí)別的形態(tài)特征。一個(gè)新的類群由這個(gè)類群共同擁有、與其他分類群有區(qū)別的性狀所定義。”董麗萍說(shuō)。

然而，由于化石等研究材料的不易得，以及研究方法、模型等方面因素的影響，古生物學(xué)家長(zhǎng)期以來(lái)一直將“早期爆發(fā)”模型確定為許多進(jìn)化枝擴(kuò)展的最佳解釋，罕有實(shí)證檢驗(yàn)辛普森的假說(shuō)。直到布里斯托大學(xué)埃雷拉·弗洛雷斯博士等人研究的出現(xiàn)。

鱗龍類范本研究牽出一個(gè)意外

鱗龍類是爬行動(dòng)物的一個(gè)超級(jí)支系，包括蜥蜴和蛇類組成的有鱗類，以及楔齒蜥為代表的喙頭類。

其中，現(xiàn)存有鱗類動(dòng)物大約1萬(wàn)種，它們的形態(tài)和生態(tài)各異，影蹤遍及世界各地的水陸空生境，從馬達(dá)加斯加拇指大小的微小變色龍到10米長(zhǎng)的蟒蛇，以及同樣巨大的已滅絕的海洋滄龍都屬于有鱗類，它們多以海藻、植物、昆蟲(chóng)和哺乳動(dòng)物為食。相比之下，喙頭類早已式微，今天僅有單一物種——楔齒蜥存世，在地理上也僅限于新西蘭島嶼局部。

同是鱗龍類的“親戚”，它們的命運(yùn)為何如此迥異？其實(shí)鱗龍類現(xiàn)存的生物多樣性，只是它們漫長(zhǎng)進(jìn)化歷史的一個(gè)縮影。

在進(jìn)行鱗龍類的進(jìn)化速度研究之前，埃雷拉·弗洛雷斯博士等人原本期待會(huì)在喙頭類動(dòng)物身上發(fā)現(xiàn)緩慢進(jìn)化的痕跡，而在有鱗類動(dòng)物身上發(fā)現(xiàn)快速進(jìn)化的痕跡。然而，通過(guò)對(duì)167種中生代鱗龍類樣本的一系列研究，他們觀察到正好相反的情況。

埃雷拉·弗洛雷斯博士說(shuō)，鱗龍類起源于2.5億年前的中生代早期，它們分化成有鱗類和喙頭類。他們發(fā)現(xiàn)，在有鱗類前三分之二的進(jìn)化史中，演化速率緩慢；而其姐妹演化分支喙頭類，雖然如今只由一個(gè)物種組成，卻顯示出曾有過(guò)快速的演化速率。

各種研究證據(jù)表明，在早期的鱗龍類演化過(guò)程中，喙頭類是更成功的、形態(tài)更具多樣化的群體，而最早的有鱗類動(dòng)物的多樣性要少得多。直到白堊紀(jì)，喙頭類動(dòng)物數(shù)量下降，但有鱗類動(dòng)物卻經(jīng)歷了大量輻射，包括形態(tài)學(xué)和系統(tǒng)發(fā)育擴(kuò)展。也就是說(shuō)，在新生代，蜥蜴、蛇等有鱗類動(dòng)物仍然是陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，但喙頭類動(dòng)物已減少為楔齒蜥這樣“碩果僅存”的孑遺物種。

“進(jìn)化越快滅絕越快”或不具有普遍性

6600萬(wàn)年前，恐龍滅絕之后，喙頭類動(dòng)物和有鱗類動(dòng)物都遭受了重創(chuàng)，但有鱗類動(dòng)物的物種數(shù)目卻在后來(lái)得到了恢復(fù)，今天有超過(guò)1萬(wàn)個(gè)物種存世，并且演化速度普遍較快。

這個(gè)結(jié)論，為辛普森當(dāng)年富有挑戰(zhàn)性的觀點(diǎn)提供了一個(gè)實(shí)例，證實(shí)了快速演化的生物類群在現(xiàn)代生命世界中不一定更繁盛。正如古老《伊索寓言》中賽跑的龜與兔，與喙頭類相比，有鱗類擁有像龜一樣緩慢的演化速率，但這卻意味著低水平的波動(dòng)性和更少的滅絕風(fēng)險(xiǎn)。

但是，董麗萍認(rèn)為，不同類群生物的演化速率有顯著區(qū)別。如埃雷拉·弗洛雷斯等人在《古生物學(xué)》上的這項(xiàng)新研究所示，同為鱗龍類的喙頭類和蜥蜴、蛇等有鱗類，就有著明顯不同的演化速率，在中生代時(shí)，喙頭類的演化速率顯著快于有鱗類。

同時(shí)，同一類群在不同時(shí)間段的演化速率也不相同，例如喙頭類和有鱗類身體大小的演化速率在白堊紀(jì)時(shí)都要比在侏羅紀(jì)時(shí)高。“不同類群的生物、不同時(shí)間段的演化速率的異質(zhì)性在生物中廣泛存在，但產(chǎn)生異質(zhì)性的機(jī)制還不清楚，可能與其自身的遺傳和形態(tài)特征有關(guān)，但也與其他生物和生存環(huán)境相關(guān)。”董麗萍說(shuō)。

事實(shí)上，此前古生物學(xué)家對(duì)恐龍、輻鰭魚(yú)類、鱷魚(yú)類和甲殼類動(dòng)物形態(tài)進(jìn)化的研究結(jié)果，已經(jīng)將演化枝的演化成功與快速演化速度等聯(lián)系起來(lái)。大多數(shù)其他定量研究表明，快速的演化速度是長(zhǎng)期成功的關(guān)鍵，只是鱗龍類的情況正好相反而已。

“因此，‘進(jìn)化越快，滅絕也越快’這一現(xiàn)象不具有普遍性。現(xiàn)代生命世界中也存在快速演化且非常繁盛的生物類群，如上述提到的輻鰭魚(yú)類。目前還未能確定演化速率是否與一個(gè)類群最終能否延續(xù)下來(lái)有直接關(guān)系，而控制一個(gè)類群演化速率的因素也還不清楚。”董麗萍說(shuō)。

【編輯:岳川】

[責(zé)任編輯：楊凡、崔中連]

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