乌鸦用了几万年,打破了生殖隔离,是怎么做到的?

根据生物演化理论,当一种或多个物种彼此隔开时,由于地域阻隔,种群无法进行交配,因而无法实现基因交换,在各自独立繁殖的世代中,可遗传变异累积到足够的数量,导致两个种群之间在交配繁殖之后,原来相同的物种变成两个不同的物种。

不同物种之间的差异随着时间的推移而增加,并逐渐在世界各地形成了一些特有物种。但一项发表在学术期刊《自然通讯》上的研究显示,在两个140万年前形成生殖隔离的乌鸦之间,以前认为不可逆的情况似乎发生了逆转。

为什么要出现生殖隔离?

繁殖隔离,是地球上不同物种间的基因保护机制,不同物种间的基因不能自然交换。如马和驴,这两种动物虽然可以交配生下骡子,但骡子不能繁殖下一代,因此不能算一种动物,象狮虎兽一样。那是达尔文在进化理论中提出的基本观点,即进化树的起源。

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一个最重要的因素就是地理位置的分离。达尔文在他环游世界的那一年就发现了这一点:两个相邻的岛屿上产生了两种不同的生物。如今我们知道,随着大陆的漂移,一些分离的大陆也分别进化出了一些特有的物种,如北极的北极熊、澳洲的袋鼠、南极的企鹅等等。

当然也有少许的小熊猫生活在我国的四川,这是全球独有的。进化树可能是错的,因为异种交配现象比我们想象的要丰富得多。地球上的生命不像一棵大树,而是更像一个复杂的网络。有两种北美洲的乌鸦,向我们生动地展示着,什么叫做“反物种形成”,这两个早已分化的物种,居然又重新开始交错融合!

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地理学上的隔绝并不是唯一的原因,还有生活习惯上的其他原因,如昼夜活动时间的不同,还有季节的不同,生活环境的不同,生理结构的不同等等…但是,随后这些因素的产生,最终都要追溯到地理隔绝,因为由同一地区的基因交流引起的个体间可遗传变异的差异,很快就会消失。

繁殖隔离能否逆转?

基因变异是随机的,一般不会逆转,但在近生种和人工干预的情况下,生殖隔离可以有一定程度的突破,但偶尔远生种杂交产生的后代,往往会不孕不育,导致新的品种不能产生下一代,从而使两个物种的生殖隔离真正突破。例如我们最熟悉的马和驴的杂种骡就是不育症的代表,尽管偶尔会有特殊情况发生,但都不能将骡子的特征遗传下来。

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例如,母骡与驴交配生下一代驹,驹的外貌与骡的外貌相同,但不育的特征却与骡的外貌相同;母骡与马交配生下一代驹的外貌与马的外貌相同,且具有生育能力……但结果是,无法产生新的物种。但发表在《自然通讯》杂志上题为《渡鸦物种形成逆转的基因组证据》(Genomic evidence of speciation reversal in ravens)的研究却发现,渡鸦的两个种群混杂在一起,从而产生了新的物种。

乌鸦颠覆进化理论?逆转生殖隔离现象。渡鸦是一种较大的乌鸦,目前分布最广泛的种类,没有一种是这种乌鸦,分布在北半球广大的区域,所以你完全可以直接称它为乌鸦(但是为了区别,这里将渡鸦称作)。据 DNA遗传学研究,渡鸦按照演化历史可以分为两个主要分支:一个是加利福尼亚分支,生活在美国西南部,另一个是北半球其他地区的整个北部。

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该研究显示,两者大约在150万年前形成了生殖隔离,形成了两个不同的分支物种,这显然是地理隔离造成的。根据科学家分析,在冰期,北部冰川覆盖面积很大,亚欧大陆和北美大陆相连的阿拉斯加地区常年被冰川阻隔,这使得两地的乌鸦不能迁徙,而北部的渡鸦和北美大陆的加利福亚渡鸦也不能实现基因交流,最终形成了生殖隔离。

但由于冰河融化,原来生活在亚欧大陆的整个北区渡鸦也开始通过白令海峡和阿拉斯加向北美大陆迁徙,科学家推测,整个北区渡鸦可能与智人进入美洲的时间差不多。尽管现在整个北区的分支和北美洲本土的加利福利亚分支都产生了生殖隔离,并且隔离的年代相对较长,遗传差异也相对较大,但它们之间仍然有着相似的外形和习惯,并且逐渐在北美加利福利亚附近形成交集。

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通过对线粒体 DNA的分析,发现北美加利福利亚分枝与整个北区分枝发生基因混合,即在过去数万年间,两个不同的远缘种在同一地区***同生活并进行自然杂交,并且因未知的原因而繁殖出下一代。这一融合导致最初的纯种加利福亚渡鸦已绝迹,成为混合北区渡鸦血统的混合新物种——普通渡鸦。

没有同化的强大种族——奇瓦瓦渡鸦

如图中所示,有一种渡鸦,它是以前从未见过的,叫做奇瓦渡鸦(Chihuahuan Raven)。据基因组分析,同属北美西南部地区独立演化的奇瓦渡鸦,相对于全北区渡鸦,具有更接近的血统,据分析,他们约在100万年前分离出新物种,与全北区渡鸦有明显的生殖隔离,而且他们与“近亲”加利福利亚渡鸦没有基因上的混合。

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与现存的全北区-加利福利亚杂种——普通渡鸦也有明显的生殖隔离,保持着高贵、纯正的血统。看起来那是一群高人一等的乌鸦,在乌鸦中简直就是犹太人…这两种乌鸦花了将近400,000年才融合。在冰河消融之后,已经变成了两个独立物种的乌鸦似乎并不认同,因此它们在以前经常进行杂交。

虽然之前很长一段时间,他们杂交的后代都不能产生下一代,但这并没有使乌鸦屈服。他们用了400,000年,重新书写了他们的人口史。自然中的繁殖隔离似乎是如此的坚不可摧,但北美渡鸦的进化历史似乎突破了这一限制,即便现在,也是从和人类一起进入美洲大陆直到现在。

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混杂了数万年的混杂物种普通渡鸦和整个北部地区的渡鸦之间的基因差异仍然高达4%,远远超过一般鸟类之间的差异,但基因组分析清楚地表明,这种跨物种混杂现象确实发生了,而且,在自然环境中,几百万年的强烈繁殖隔离已经被突破了!

你已经不知道,在美国华盛顿州和加拿大之间900公里的距离上,哪一只是西北乌鸦,哪一只是美洲乌鸦。尽管现在美国鸟类学会仍然认为它是两种不同的动物,但相信有一天,乌鸦也能战胜人类的偏见。