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科学家以三刺鱼为研究对象揭示适者生存,未必见得?

2017年06月06日 浏览量: 评论(0) 来源:学术经纬 作者:学术经纬 责任编辑:admin
摘要:科学家们以生活在温哥华的湖泊和溪流中的一种小鱼,即三刺鱼(threespine stickleback),为研究对象。他们研究了三刺鱼两种生态型的种群:一群生活在湖泊中,另一群则位于相邻的溪流。

物竞天择,适者生存。

自从一百多年前被达尔文提出以来,这句话不仅被认为是生物进化的基本规律,也深入到了社会学和政治学研究领域。的确,一个不小心步入陌生环境中的动物,如果又同时被适应当地环境更好的本土物种所包围,将会举步维艰。然而,在最近一项发表在《自然》杂志的研究中,德州大学奥斯丁分校(University of Texas at Austin)的科学家们惊奇地发现,那些不适应环境的个体有时会在早已本土化的同伴中脱颖而出,成为真正的赢家。

“一百多年以来,进化理论总是基于一个这样的想法,即当某一种群中的个体迁移到同一物种的另一种群中时,往往会处于不利的状态,”文章通讯作者 Daniel Bolnick 教授说:“这样的迁移者通常是占少数,而我们发现有时这种稀有性会带来竞争优势。”

科学家们以生活在温哥华的湖泊和溪流中的一种小鱼,即三刺鱼(threespine stickleback),为研究对象。他们研究了三刺鱼两种生态型的种群:一群生活在湖泊中,另一群则位于相邻的溪流。

▲溪流(上)和湖泊(下)中的三刺鱼(图片来源:德州大学奥斯丁分校)

按照传统的观点,将适应了湖泊环境的三刺鱼置于溪流中将使其处于竞争劣势。在自然选择下的生存竞争中,外来者往往不适应新的环境,不太可能留下或传播它们的基因。对于三刺鱼来说,这是因为湖泊中和溪流中的鱼群有着不同的身体特性,包括整体尺寸、免疫特性、身体形态和防御行为等。这使得三刺鱼通常只适应其本土环境,而在其他环境中则不易生存。

然而,科学家们还是进行了一系列实验。他们将不同数量的鱼从一个栖息地迁移到另一种栖息地中,并进行了较长时间的跟踪观察,得到了出人意料的结果。原来,存活状态的好坏与三刺鱼来自何处关系并不大,而是与在栖息地中常见还是罕见高度相关。在任何一个栖息地,当某条三刺鱼属于少数群体时,往往活得比多数群体更好,即发生了负向频率依赖选择(negative frequency-dependent selection)。

科学家们发现,在一些生存威胁面前,外来者反而能够“蒙混过关”,从而有助于它们克服适应新环境的挑战。


▲文章通讯作者 Daniel Bolnick 教授(图片来源:德州大学奥斯丁分校)

“当来到新环境后,你的进食喜好跟别的鱼不一样,所以不用担心与本土的鱼群竞争食物,” Daniel Bolnick 教授说:“当地的寄生虫不知道该拿你怎么办,因为你有一个令寄生虫感到陌生的免疫系统,所以你会比本土鱼群活得更好。”研究者们认为,由于当地的寄生虫对外来鱼群的 MHC 类型相对不适应,使得后者遭受感染的几率降低。

当然,对新环境的不适应环境也会给外来迁移者造成不利局面。不过,在某些情况下,稀有性带来的好处可能会超过不适应环境的负面影响。“我们发现,新来的鱼能比本土种群更频繁地传递它们的基因,对下一代鱼群的遗传贡献更大,”Daniel Bolnick 教授表示。正是这样的机制,使得外来者对其新加入种群的遗传特征产生了超过其数量比例的影响,进而延缓了趋异进化(divergent evolution)的进程。

这项工作可能对于保护和恢复濒危物种具有重要意义。比如,珊瑚礁在世界各地正在不断消失。尽管有人试图将珊瑚从一个地点移植到另一个地点以恢复种群,但是到目前为止,该尝试所取得的进展十分有限。

“我对恢复工作的建议是,不能只考虑移植个体对新栖息地的匹配程度,”Daniel Bolnick 教授说道:“还需要考虑其稀有性会如何影响它们的生存和繁殖。”

在不久前于《自然》子刊《Nature Ecology & Evolution》上发表的另一篇文章中,Daniel Bolnick 教授的团队发现,三刺鱼比以前人们所想的更能适应所处的环境。即使来自两个看似相近溪流的鱼,也会有不同的特征,因为没有两条溪流是完全一样的,在水深、流速、食物来源、病原体和捕食者等因素都会存在微妙的差异。

“仅仅是表面上的相似,并不意味着两条不同的溪流是等同的,”Daniel Bolnick 教授说道:“每条溪流都有着独特的生态,所以每条溪流中鱼群的适应形式同样也会是独特的。”

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