动物进化史中的逆行进化

2016-10-13 11:19 来源:动物笔记
研究人员一直在争论,到底是能量消耗还是随机突变促使视觉能力的丧失,亦或是两个因素都有作用。...

包括盲鳗、企鹅和蚜虫在内的一些生物都经历过逆行进化。

 

盲鳗是一种黏滑的鳗形海洋生物,当你凝视它的面孔时,它可不会回敬你一瞥。因为这种动物近乎全盲,它们依靠嗅觉和触觉生活在海底附近。

 

经过对3亿年前盲鳗化石的研究发现,它们曾拥有视觉正常的眼睛,但却在进化的过程中衰退了。这一点令生物学家颇为震惊。

 

这一发现挑战着科学家对眼睛起源的认知。现在的盲鳗看起来和它的古老前辈并无显著差别,科学家一直以为当前盲鳗的盲眼正处于一种中间状态,介于无脊椎动物的原始光敏器官和脊椎动物的眼睛之间,后者包括我们人类。

 

当英国莱斯特大学的SarahGabbott用电子显微镜观察上文的盲鳗化石时,她在其眼中发现了含有色素的组织残余物。这些组织有助于盲鳗识别形状和图像。Gabbott及其同事把研究内容发表在今年《皇家学会学报B》的8月刊上。

 

Gabbott笑道:“这真是太让人惊叹了,该古老动物的眼睛竟然是由成百上千的这种小球或者说椭圆体组织组成的,有时候我们会把它们比喻成微米级的肉丸和腊肠。”

 

如今的盲鳗缺乏这种组织,取而代之的是略显清澈的怪异斑点。

 

这具盲鳗化石的视网膜组织保存完好,它的观测结果意味着盲鳗的视觉进化过程中出现了倒退,这种现象被称作“逆行进化”。我们通常会把进化想象成累积递进的过程,但实际上也有相反的例子。当代价远大于收益时,某些功能就会出现退化,哪怕是极为珍贵的视觉能力。

 

包括鱼、蟹和蝾螈在内的数种穴居动物都经历过眼部组织退化的过程。去年,一篇有关洞穴鱼的研究报道介绍,眼部活动和脑部视觉处理所消耗的能量占到动物全部能量消耗的5~17%。同年的另一篇报道称,生活于浅水区的墨西哥洞穴鱼在视觉上消耗了全部能量的15%。

 

研究人员一直在争论,到底是能量消耗还是随机突变促使视觉能力的丧失,亦或是两个因素都有作用。

 

不会飞的企鹅

 

企鹅

 

企鹅的祖先可是能上天的,但它们在恐龙灭绝后不久就失去了飞行的能力。最古老的企鹅化石来自6000万年前,它已有短粗的翅膀不再能飞翔。如今的企鹅依然保留着鸟类亲戚的结构特点,例如翅骨、覆有翅肌的尖胸骨,以及羽毛。虽然丧失了飞行能力,但企鹅也因此更适于周边的环境,因为它们可以长的更大。

 

“我时常思索,丧失飞行能力或许正是企鹅进化过程中的重大突破。”来自康涅狄格州布鲁斯博物馆的DanielKsepka说道,他不但是古生物脊椎动物学家,还是进化生物学家。不会飞的企鹅进化出了更大块的肌肉,在水中拥有更强的爆发力,更密集的骨骼不但有助于增强力量,还减轻了浮力,而短硬的翅膀可以减少游泳时的阻力,保持更凶猛的泳姿。Ksepka接着补充道:“更大的体型意味着更高效的能量储存,能够更长时间的潜入更深的海域,同时还能追捕更大的猎物。”

 

没腿的蛇

 

蛇

 

大量证据表明,曾经的蛇是有四肢的。让专家争论不休的是这些长腿的祖先到底生活在陆地上还是海洋里。2015年刊登在《科学进展》中的一篇论文认为蛇的祖先是陆生掘穴动物。研究人员用精密的断层扫描比对了水生蛇、穴居蛇、蜥蜴以及与之对应的化石动物的内耳模型。他们发现这些化石动物的内耳都有特殊的结构,类似于当今的掘穴动物,通常用来听取捕食者与猎物踩踏地面产生的低频振动。该证据暗示蛇的祖先很可能具有掘穴能力。虽然它们的腿出现了逆行进化,但也因此得以更好的蜿蜒而行。

 

光吃不拉的蚜虫

 

蚜虫

 

绝大多数昆虫都有排泄器官,又名马尔皮基氏小管(Malpighiantubule),它们有助于调节体内的水分、氮排泄、解毒,以及增强免疫能力,但蚜虫是个例外。虽然这一现象并未得到广泛的研究,但就目前的研究而言,蚜虫排泄器官的基因特性和其他昆虫相比并无异样。蚜虫的排泄器官应该是在进化历程中因为某些原因而退化的。研究人员认为可能的原因之一是蚜虫的饮食仅限于植物体液,这些体液在组成和结构上极为相似,面对如此单一而纯净的美食,蚜虫的排泄器官就失去了作用。



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