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进化越快,灭绝也越快?

“快速的进化可能导致不稳定和灭绝,缓慢的进化则可以导致更高的生物多样性” | 图源:University of Bristol源exels.com

导  读

物种的进化快慢和灭绝早晚有关系吗?著名古生物学家乔治·盖洛德·辛普森认为:快速的进化可能导致不稳定和灭绝,缓慢的进化则可以导致更高的生物多样性。这一具有挑战性的观点最近找到了证据。

撰文 | 小雨

生物多样性是不均衡的,这表现在许多同样古老的姐妹进化分支,有的包含的物种很多,有的则很少。

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人们通常认为,在生物多样性的进化过程中,许多大的进化分支是通过快速的进化出现的,它们拥有更高的生物多样性;而较小的分支则经历了更缓慢的进化,它们的生物多样性更低。然而在上世纪40年代,著名古生物学家乔治·盖洛德·辛普森(George Gaylord Simpson)在他的经典著作《进化的节奏和样式》一书中,提出了与之相悖的观点。

辛普森认为,快速的进化可能导致不稳定和灭绝,缓慢的进化则可以导致更高的生物多样性。因为高速率的进化不太可能持续很长时间,它会使得进化分支可能非常不稳定,以至于灭绝或转向较慢的进化速率。他通过在达尔文进化论的框架下研究进化的基本模式,观察到许多快速进化的物种其实属于不稳定群体,这些群体有可能适应快速变化的环境。

这是一个具有挑战性的观点。现在,一项新发表于《古生物学》杂志的研究通过调查蜥蜴以及它们的一些近亲,为辛普森的说法找到了证据。简单来说,他们的研究结果表明:进化得越快,灭绝得也越快。

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在这项新研究中,研究人员分析了蜥蜴、蛇和它们的一些近亲在内的被称为鳞龙次亚纲的动物类群。鳞龙次亚纲起源于2.5亿年前的中生代早期,可分为有鳞目喙头目两个主要大类。其中,有鳞目发展成了现代蜥蜴和蛇等10000多种动物;而喙头目现如今只剩下一个单一物种——喙头蜥(亦称新西兰大鳄蜥)。

图1 喙头蜥、蜥蜴和蛇的进化树。在恐龙时代,喙头蜥的已灭绝近亲进化迅速,而蜥蜴和蛇则进化缓慢 | 图源:Dr Tom Stubbs

在这次研究之前,研究人员原本期待会在喙头目动物身上发现缓慢进化的痕迹,而在有鳞目动物身上发现快速进化的痕迹。然而,他们观察到的情况正好与预期相反。他们发现在有鳞目的前三分之二的进化史中,都有着缓慢的进化率;而其姐妹进化分支——喙头目,虽然如今只由一个物种组成,但在过去却显示出了快速的进化率。

研究人员调查了这些早期爬行动物的体型变化速度,发现虽然有的有鳞目动物(尤其是那些有着特殊生活方式的)在中生代进化得很快,但喙头目动物的进化速率更快,它们的平均进化速率明显快于有鳞目动物,大约是本底进化速率的两倍。这一发现大大出乎研究人员的预料。

在中生代后期,所有的现代蜥蜴和蛇类都出现了,并且开始多样化起来,它们与恐龙生活在一起,但在生态上可能并不与它们产生接触。这些早期的蜥蜴大多很小,以虫子、蠕虫和植物为食。

图2 在大约2亿年的时间里,蜥蜴和蛇(有鳞目)的进化速率(蓝)远低于喙头目(绿)的进化速率,而这只是在最近5000万年左右才发生了逆转。红色线条显示了所有鳞龙次亚纲在整个地质时期的平均进化速率 | 图源:Armin Elsler

到了大约6600万年前,恐龙灭绝之后,喙头目动物和有鳞目动物都遭受了重创。然而,有鳞目动物的物种数目却在后来得到了恢复;而在中生代的大多数时期都表现得像是 “革新者” 和 “快速进化者” 的喙头目,则其实在中生代末期之前就显著减少了,且在那之后,整个动态发生了变化。

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我们都听过《伊索寓言》中的《龟兔赛跑》的故事,在这个故事里,跑得快的兔子输了比赛,而跑得慢的乌龟最终第一个冲过了终点线。这则故事想要传达的信息是,只有稳扎稳打才能赢得比赛。其实从达尔文时代开始,生物学家就一直在争论,进化到底是更像《龟兔赛跑》中的兔子还是乌龟。许多由大量物种组成的生物群体,究竟是短时间内快速进化的结果,还是长时间内缓慢进化的结果?

从最新的研究结果来看,缓慢而稳定的生存方式让中生代的有鳞目赢得了竞赛;而当时快速进化且有着繁荣生命史的喙头目,则以只留下一个幸存者而落败。对于快速进化的生物群体来说,有时它们可以稳定下来,并很好地生存下去;但在更多的情况下,它们的灭绝速率也会非常快,快到和新物种出现的速率一样,其结局就像在赛跑途中打盹的兔子一样。

另外,根据辛普森的预言,进化缓慢的物种可能也会缓慢走向灭绝,并能够在较长一段时间内比快速进化的物种更为成功,就像寓言中缓慢移动但坚持不懈的乌龟那样。接下来,研究人员希望能够探索更多其他生物群体的情况,从而证明快速进化会导致短期的高度

多样化,但最终导致长期的低生物多样性。

本文原载于《原理》,《知识分子》获权转载。

 

参考文献:

http://bristol.ac.uk/news/2021/november/rapidly-evolving-species-more-likely-to-go-extinct.html

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/pala.12579

制版编辑 | 卢卡斯

 



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