進(jìn)化越快，滅絕也越快？
“快速的進(jìn)化可能導(dǎo)致不穩(wěn)定和滅絕，緩慢的進(jìn)化則可以導(dǎo)致更高的生物多樣性” | 圖源：University of Bristol源exels.com
物種的進(jìn)化快慢和滅絕早晚有關(guān)系嗎？著名古生物學(xué)家喬治·蓋洛德·辛普森認(rèn)為：快速的進(jìn)化可能導(dǎo)致不穩(wěn)定和滅絕，緩慢的進(jìn)化則可以導(dǎo)致更高的生物多樣性。這一具有挑戰(zhàn)性的觀點(diǎn)最近找到了證據(jù)。
撰文 | 小雨
● ● ●
生物多樣性是不均衡的，這表現(xiàn)在許多同樣古老的姐妹進(jìn)化分支，有的包含的物種很多，有的則很少。
人們通常認(rèn)為，在生物多樣性的進(jìn)化過(guò)程中，許多大的進(jìn)化分支是通過(guò)快速的進(jìn)化出現(xiàn)的，它們擁有更高的生物多樣性；而較小的分支則經(jīng)歷了更緩慢的進(jìn)化，它們的生物多樣性更低。然而在上世紀(jì)40年代，著名古生物學(xué)家喬治·蓋洛德·辛普森（George Gaylord Simpson）在他的經(jīng)典著作《進(jìn)化的節(jié)奏和樣式》一書(shū)中，提出了與之相悖的觀點(diǎn)。
辛普森認(rèn)為，快速的進(jìn)化可能導(dǎo)致不穩(wěn)定和滅絕，緩慢的進(jìn)化則可以導(dǎo)致更高的生物多樣性。因?yàn)楦咚俾实倪M(jìn)化不太可能持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間，它會(huì)使得進(jìn)化分支可能非常不穩(wěn)定，以至于滅絕或轉(zhuǎn)向較慢的進(jìn)化速率。他通過(guò)在達(dá)爾文進(jìn)化論的框架下研究進(jìn)化的基本模式，觀察到許多快速進(jìn)化的物種其實(shí)屬于不穩(wěn)定群體，這些群體有可能適應(yīng)快速變化的環(huán)境。
這是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的觀點(diǎn)?，F(xiàn)在，一項(xiàng)新發(fā)表于《古生物學(xué)》雜志的研究通過(guò)調(diào)查蜥蜴以及它們的一些近親，為辛普森的說(shuō)法找到了證據(jù)。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，他們的研究結(jié)果表明：進(jìn)化得越快，滅絕得也越快。
在這項(xiàng)新研究中，研究人員分析了蜥蜴、蛇和它們的一些近親在內(nèi)的被稱(chēng)為鱗龍次亞綱的動(dòng)物類(lèi)群。鱗龍次亞綱起源于2.5億年前的中生代早期，可分為有鱗目和喙頭目兩個(gè)主要大類(lèi)。其中，有鱗目發(fā)展成了現(xiàn)代蜥蜴和蛇等10000多種動(dòng)物；而喙頭目現(xiàn)如今只剩下一個(gè)單一物種——喙頭蜥（亦稱(chēng)新西蘭大鱷蜥）。
圖1 喙頭蜥、蜥蜴和蛇的進(jìn)化樹(shù)。在恐龍時(shí)代，喙頭蜥的已滅絕近親進(jìn)化迅速，而蜥蜴和蛇則進(jìn)化緩慢 | 圖源：Dr Tom Stubbs
在這次研究之前，研究人員原本期待會(huì)在喙頭目動(dòng)物身上發(fā)現(xiàn)緩慢進(jìn)化的痕跡，而在有鱗目動(dòng)物身上發(fā)現(xiàn)快速進(jìn)化的痕跡。然而，他們觀察到的情況正好與預(yù)期相反。他們發(fā)現(xiàn)在有鱗目的前三分之二的進(jìn)化史中，都有著緩慢的進(jìn)化率；而其姐妹進(jìn)化分支——喙頭目，雖然如今只由一個(gè)物種組成，但在過(guò)去卻顯示出了快速的進(jìn)化率。
研究人員調(diào)查了這些早期爬行動(dòng)物的體型變化速度，發(fā)現(xiàn)雖然有的有鱗目動(dòng)物（尤其是那些有著特殊生活方式的）在中生代進(jìn)化得很快，但喙頭目動(dòng)物的進(jìn)化速率更快，它們的平均進(jìn)化速率明顯快于有鱗目動(dòng)物，大約是本底進(jìn)化速率的兩倍。這一發(fā)現(xiàn)大大出乎研究人員的預(yù)料。
在中生代后期，所有的現(xiàn)代蜥蜴和蛇類(lèi)都出現(xiàn)了，并且開(kāi)始多樣化起來(lái)，它們與恐龍生活在一起，但在生態(tài)上可能并不與它們產(chǎn)生接觸。這些早期的蜥蜴大多很小，以蟲(chóng)子、蠕蟲(chóng)和植物為食。
圖2 在大約2億年的時(shí)間里，蜥蜴和蛇（有鱗目）的進(jìn)化速率（藍(lán)）遠(yuǎn)低于喙頭目（綠）的進(jìn)化速率，而這只是在最近5000萬(wàn)年左右才發(fā)生了逆轉(zhuǎn)。紅色線(xiàn)條顯示了所有鱗龍次亞綱在整個(gè)地質(zhì)時(shí)期的平均進(jìn)化速率 | 圖源：Armin Elsler
到了大約6600萬(wàn)年前，恐龍滅絕之后，喙頭目動(dòng)物和有鱗目動(dòng)物都遭受了重創(chuàng)。然而，有鱗目動(dòng)物的物種數(shù)目卻在后來(lái)得到了恢復(fù)；而在中生代的大多數(shù)時(shí)期都表現(xiàn)得像是 “革新者” 和 “快速進(jìn)化者” 的喙頭目，則其實(shí)在中生代末期之前就顯著減少了，且在那之后，整個(gè)動(dòng)態(tài)發(fā)生了變化。
我們都聽(tīng)過(guò)《伊索寓言》中的《龜兔賽跑》的故事，在這個(gè)故事里，跑得快的兔子輸了比賽，而跑得慢的烏龜最終第一個(gè)沖過(guò)了終點(diǎn)線(xiàn)。這則故事想要傳達(dá)的信息是，只有穩(wěn)扎穩(wěn)打才能贏得比賽。其實(shí)從達(dá)爾文時(shí)代開(kāi)始，生物學(xué)家就一直在爭(zhēng)論，進(jìn)化到底是更像《龜兔賽跑》中的兔子還是烏龜。許多由大量物種組成的生物群體，究竟是短時(shí)間內(nèi)快速進(jìn)化的結(jié)果，還是長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)緩慢進(jìn)化的結(jié)果？
從最新的研究結(jié)果來(lái)看，緩慢而穩(wěn)定的生存方式讓中生代的有鱗目贏得了競(jìng)賽；而當(dāng)時(shí)快速進(jìn)化且有著繁榮生命史的喙頭目，則以只留下一個(gè)幸存者而落敗。對(duì)于快速進(jìn)化的生物群體來(lái)說(shuō)，有時(shí)它們可以穩(wěn)定下來(lái)，并很好地生存下去；但在更多的情況下，它們的滅絕速率也會(huì)非常快，快到和新物種出現(xiàn)的速率一樣，其結(jié)局就像在賽跑途中打盹的兔子一樣。
另外，根據(jù)辛普森的預(yù)言，進(jìn)化緩慢的物種可能也會(huì)緩慢走向滅絕，并能夠在較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)比快速進(jìn)化的物種更為成功，就像寓言中緩慢移動(dòng)但堅(jiān)持不懈的烏龜那樣。接下來(lái)，研究人員希望能夠探索更多其他生物群體的情況，從而證明快速進(jìn)化會(huì)導(dǎo)致短期的高度多樣化，但最終導(dǎo)致長(zhǎng)期的低生物多樣性。
本文原載于《原理》，《知識(shí)分子》獲權(quán)轉(zhuǎn)載。
參考文獻(xiàn)：
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
制版編輯 | 盧卡斯
