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科学家破解平行进化奥秘 有助于阐明进化如何及何时重演,地面捕猎让蜘蛛大暴发

30 8月 , 2019  

地面捕猎让蜘蛛大暴发

科学家破解平行进化奥秘 有助于阐明进化如何及何时重演

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狼蛛 图片来源:andy nelson

夏威夷银斑蛛为了躲避捕食者,不断进化出不同的颜色匹配它们的背景。

当节肢动物学家开始更深入地了解地球上所有蜘蛛如何发生关联时,他们并未作好准备迎接这样的发现。

图片来源:George Roderick

很多研究人员一直认为球形蛛网——那些在树木枝干之间悬挂的美丽圆形蛛网——是导致蜘蛛进化的极点,从而形成了今年存在的数以万计的蜘蛛。

本报讯
第二次发现某件事可能听起来有点让人失望,但对于美国夏威夷的生态学家而言并非如此。他们发现,4个岛屿上的以其他蜘蛛为食的蜘蛛分别独立进化出了相同的颜色:金色、黑色和白色。这一罕见的平行进化案例——曾在其他夏威夷蜘蛛身上发现过——有助于阐明生物学最大的谜团之一:进化如何以及何时重演。

但是一个新家谱表明,实际上是地面捕猎使蜘蛛大暴发,而球形蛛网只起到了微小的作用。一个大型团队检测了70个蜘蛛物种的3400个基因,他们利用相对新颖的技术获取到基因组中的所有活性基因进行分析。新的家谱表明,陆地上的蜘蛛是大约1亿年前数量大规模扩张的蜘蛛中的成员。研究人员1月23日于在线发表于同行评议期刊的文章中称。

并未参与该项研究的华盛顿哥伦比亚特区史密森保护生物研究所保护基因组学家Robert
Fleischer说:“这是动物进化出新物种的一个最酷的例子。”

这些物种的绝大多数,其中包括钓鱼蜘蛛、跳蛛、花蜘蛛和狼蛛等,均进化自一个物种,其雄性蜘蛛的短前腿上都有一个小钩用于交配。鸟儿进化出翅膀、植物进化出花朵,使得许多新物种得以出现。

夏威夷是研究进化论的好地方。任何在那里生活的动物都可能与其亲缘物种相隔数千公里,这是形成新物种的绝佳机会。而且,群岛中的每一个岛屿都是实现生物多样化的另一个机会,因为新来的“移民”会进入尚未被其他生物占领的栖息地。

但是并非交配钩让蜘蛛变得不同,研究人员表示。与此相对,他们认为,蜘蛛来源于因为地面捕猎而放弃了圆形蛛网的共同祖先,因为地面上的昆虫猎物比空中的更多。尽管当前有4.5万种左右的蜘蛛,但研究分析的这70种也是很好的代表,巩固了蜘蛛的家谱。

这项研究所涉及的是一种叫做银斑蛛的蜘蛛属。这种大约2厘米长的森林居民可以把自己伪装成一根树枝,它们在过去的500万年里到达了夏威夷。从那时起,银斑蛛已经分化成分布在4个岛屿上的众多蜘蛛物种。

《中国科学报》 (2016-02-25 第2版 国际)

为了更好地了解这些物种是如何进化的,加利福尼亚大学伯克利分校进化生态学家Rosemary
Gillespie和她的同事分别从每个蜘蛛物种的体内提取了脱氧核糖核酸。这4个岛屿——瓦胡岛、考艾岛、毛伊岛和夏威夷大岛——都是闪亮的金蜘蛛和黑蜘蛛的家园,其中两个岛上还有一种白色版本的蜘蛛。Gillespie的团队发现了4个全新的蜘蛛物种,使其总数达到15种。

《科学》网站相关报道

逻辑上那些看起来最像的蜘蛛——也就是那些颜色相同的——应该是关系最密切的物种。但是,当Gillespie的团队根据基因数据建立起一棵家谱树时,研究人员发现,关系最近的物种是生活在同一座岛屿上的蜘蛛。

研究小组在3月8日出版的《当代生物学》杂志上报告了这一研究成果。他们认为,每个岛屿都可能被一种蜘蛛所占据,进而分化成不同颜色的物种。

研究人员推测,第一种银斑蛛可能是深色或金色的,它们在其中一个最古老的岛屿——也许是考艾岛——登陆,然后不知怎么地传播到瓦胡岛,并最终到达了毛伊岛和夏威夷大岛。第一种蜘蛛很可能靠其他蜘蛛的网存活,偷取猎物,有时甚至会把网的“主人”吃掉。一旦到了夏威夷,银斑蛛就开始四处漫游,寻找猎物。

这一研究结果与Gillespie主持的另一项关于夏威夷刺腿长脚蛛属的研究类似。在这样一群长着长长下颚的蜘蛛中,其捕猎方式及地点决定了它们的颜色:绿色、栗色或棕色。

但是进化并没有在另一组同样在夏威夷进行多样化的长脚蛛身上重复。现在,Gillespie认为她已经知道了其中的原因。另一组长脚蛛是典型的结网蜘蛛,白天不需要找地方躲避鸟类的追捕。

像银斑蛛和刺腿长脚蛛这样的不结网蜘蛛必须非常迅速地进化出与它们躲藏的地方相匹配的保护色。白色的物种通常依靠于淡色的地衣,而金黄色的蜘蛛则藏在叶片的下面,它们的光泽使它们能反射树叶的颜色。那些深色的家伙则以死去的蕨类或苔藓为伴。

并未参与这项研究的加拿大温哥华英属哥伦比亚大学进化生物学家Dolph
Schluter说:“这凸显了一个没有其他物种的富有环境是如何刺激偶然成功到达这里的少数生物体快速进化的。”根据Schluter的说法,大多数研究人员曾认为,主要是针对食物的竞争促使物种多样化和适应。但是在这里,捕食似乎是关键,他补充说,这甚至可能是那些被大量捕杀的物种起源的“关键步骤”。同时匹配的背景也是非常重要的,在这种情况下,进化确实会自我重复。

研究人员指出,这项研究结果甚至可以帮助科学家预测其他生物如何平行进化以躲避捕食者,这有助于解释为什么进化有时会同时重复发生。但Fleischer说,如果Gillespie的团队能够识别出导致颜色变化的基因和突变才是真正有趣的。“那将成为圣杯。”

《中国科学报》 (2018-03-19 第2版 国际)

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