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劲然是这样|曾斯劲:进化开枝散叶 为什么有这么多物种

天下万千物种由演化而来,除了基因突变。还有一些比较简单的机制,也是促成演化的原因!

在谈演化的时候,如果单靠上星期简短说明的4个机制:自然选择(Natural selection)、基因漂变(Genetic drift)、基因流动(Gene flow)和突变(mutation)或许对一些没深入学习生物的读者来说会是相对复杂的。今天的主题,我则想用另个方式来解释演化。

(Freepik)

地理环境分化物种

主要概念会牵涉到两种隔离(isolation)方法。第一种是地理隔离(Geographic Isolation),这类隔离是指地理上的障碍导致种群分隔,阻止基因交流。地理隔离可以通过以下几种方式影响演化:

地理屏障:如山脉、河流、海洋等物理障碍可以将种群分隔成两个或多个独立的种群。被隔离的种群在不同的环境中独立进化,逐渐形成不同的特征。

气候变化:气候变化可以改变栖息地的可用性,导致种群迁移和分隔。例如,冰河时期的冰川扩展和退缩导致许多生物种群被隔离在不同的冰川避难所中。

地壳运动:如板块运动可以导致大陆漂移,使原本相连的种群分隔成不同的种群。这种分隔为新物种的形成提供了条件。

上星期中聊到的科学家,达尔文书里的例子跟达尔文雀有关。查尔斯达尔文在加拉帕戈斯群岛上发现了这些雀类,它们由于不同岛屿之间的隔离,在形态和行为上产生了显著的分化。不同岛屿上的雀类因为岛屿里的食物种类不一两,喙的形状和大小上有所不同。久而久之,特定的喙的形状和大小就会因为不同岛屿的环境而容易被保留下来。这促使了它们进化并形成了多种不同的物种。

除了文雀,喜马拉雅山脉也会是一个很好的地理隔离例子。这山脉形成了巨大的地理屏障,将印度次大陆和青藏高原隔离开来。这个地理障碍导致了两侧物种的演化分化。例如,在山脉的南北两侧,可以发现相同祖先的物种由于长期隔离而发展出了不同的适应性特征。

不同物种难以交配

除了地理隔离,生殖隔离(Reproductive Isolation)会是另一个十分容易理解且明显可以观察到的概念。生殖隔离是指不同种群之间不能或不愿意交配,从而阻止基因交流。生殖隔离的话,跟地理隔离影响演化的方式完全不同:

机械隔离(Mechanical Isolation)
不同种类的花:有些植物由于花的结构不同,使得特定的传粉者只能传粉给某一种植物。例如,不同的兰花种类花朵形状独特,只能由特定种类的昆虫传粉,这种机制导致了机械隔离。

时间隔离(Temporal Isolation)
北美的东部和西部的蝙蝠:这些蝙蝠在不同的季节繁殖。由于它们繁殖的时间不同,即使它们生活在相同的地理区域,仍然不会互相交配,形成了时间隔离。

行为隔离(Behavioral Isolation)
不同种类的鸟类求偶行为:许多鸟类通过独特的求偶舞蹈或歌声吸引配偶。例如,在北美洲,不同种类的鸫(thrushes)有不同的鸣叫模式,只有同种的鸟类会对特定的鸣叫产生反应,从而形成行为隔离。

配子隔离(Gametic Isolation)
海洋中的刺鱼(Sea Urchins):在海洋中,刺鱼的精子和卵子在水中自由漂浮,但即使是同一片海域中的不同种类的刺鱼,它们的精子和卵子也无法结合,因为它们的配子之间存在化学不相容性,从而形成配子隔离。

杂种不育(Hybrid Sterility)
骡子(Mule):骡子是马和驴交配产生的后代。虽然骡子可以正常发育并存活,但它们通常是不能生育的。这种杂种不育现象有效地防止了马和驴之间的基因混合。

虽然地理隔离和生殖隔离看似两个概念,但同时间又是相互关联的。地理隔离可以为生殖隔离的形成提供时间和条件。当地理障碍导致种群长期分隔后,这些种群可能在遗传上逐渐发生变化,最终形成生殖隔离。例如,某些鸟类种群由于地理隔离在不同岛屿上独立演化,当它们偶然相遇时,可能已经形成了不同的求偶行为,导致它们不能再相互交配,从而形成新的物种。

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