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自然的相似性与多样性:蜘蛛抱蛋的启示 精选

已有 6858 次阅读 2013-6-5 17:05 |系统分类:科普集锦|关键词:生物多样性起源,,,蜘蛛抱蛋,,进化缺陷| 生物多样性起源, 蜘蛛抱蛋, 进化缺陷


植株“蜘蛛抱蛋”与高脚蛛的“蜘蛛抱蛋”


前些天,看到版纳植物园关于植物蜘蛛抱蛋的园艺新闻,展示了百合科植物蜘蛛抱蛋属植物的图片。这让我想起了曾经在森林中拍摄蜘蛛抱蛋的真实场面。一个是植物的花形态,另一个是蜘蛛的照顾卵袋的形态,二者功能相差甚远,但看起来却如此相似。在感叹大自然造物神奇与先人观察自然之细致的同时,不禁想到一个问题:在生物多样性极高,形态万千的热带雨林中,为什么二者的样子如此相似?

百合科植物蜘蛛抱蛋与无脊椎动物高脚蛛拥抱卵袋二者在生物分类上差别如此之遥远,一个是植物的花,另一个是动物保护卵的形态,二者间似乎没有相互拟态的关系。虽然二者均在林下,落叶较多的地方,植物蜘蛛抱蛋在晚上开花,高脚蜘蛛抱蛋的活动也在夜间,但实在想象不出二者间能有什么秘密关系。苦思冥想,到底什么理论能解释这个现象呢。只能粗浅地认为这是古人在认知自然上的大胆想象,极为丰富的想象力而已。

蜘蛛抱蛋让我想起了以往自然界中一些不相干的动植物形态相似的例子,如蕨类植物金毛狗根部与一种毛毛虫相似,全身均长满了金黄色的长毛;叶甲的阴茎与牛膝的果实形态相似,均类似于具有反刺的长矛,等等一些让人匪夷所思的动植物关系。这些关系与以往熟知的拟态不同,二者相互间谁也没有好处,无法用传统的利益关系来解答其中的奥秘。想来想去,脑海中跳出一个莫名的观点,是不是自然界的进化动力枯竭了?

以多样性著称的自然界是否也存在进化动力枯竭的问题呢? 想回答这个问题,首先得先思考自然界的多样性到底是怎么进化而来的。以生物学探究最为深刻的物种为例,物种多样性起源一直是生物学最为经典的问题之一。在物种水平,新物种的形成具有一套复杂的遗传、生态、地理形成机制,并不能找到统一的规律。被子植物多以染色体复制,增加遗传信息总量来抵抗严酷的大环境,最终形成纷繁复杂的植物。动物则通过基因变异,适应小生境,最终进化成各种各样的动物。动植物间的进化机制差别还十分巨大。

另一个显而易见的的表象是地理差异,如西双版纳热带雨林的物种多样性显著高于温带落阔林的昆明,横断山区远高于秦岭山脉。熟悉自然的人,甚至会问出一些更加有趣的问题,如:为什么杜鹃花在横断山区的种类会如此之高,而世界其它地方却很少;为什么野生月季只分布在西南山区?为什么鸟类的叫声种类如此丰富,远超过同样会发声的哺乳动物和昆虫?为什么有的类群(如银杏)会很悲催的只有一个物种,禾草物种却多如牛毛,等等诸多问题,不再一一列举。

造成这种差异的原因是十分复杂的,生态学家提出了各种各样的理论试图回答这个问题。有的认为是地质进化历史造成的,如非洲大陆进化历史长,物种自然多;有的认为是水热条件造成的,如西双版纳水热条件较昆明好,物种也丰富;另外一种认为是小生境造成的,如同一湖泊的不同的水深,同一森林的不同的光照均可导致物种分化形成。也有人把地质历史、小生境、水热环境等综合起来考虑,认为这些因子都发挥相应的作用,因地因生物类群而异而已。很多假说,各抒己见,最终谁也说不清楚。

 


地球上的生物多样性总数有增多趋势,但速度是不一样的。相当长的时间内数量大致相当。

 

当下对于生物多样性起源的文献可谓浩如烟海,物种进化的轮廓已勾勒出来。地质历史上,从寒武纪生命突然爆发式出现在地球上之后,生物数量不断增加,虽然期间有六次大灭绝,但物种多样性总体上还是呈增加的趋势。然而很多地质历史上的生物早就挂了,少数埋藏在地里,成为化石,可供参考。植物的起源带来了地理气候环境的变迁,氧气和二氧化碳浓度不断改变。氧气从最初的毒气改变为爽口的生命必须品,促进了陆生动物的机能演变。但在生物多样性不断增加的过程中,速度并不是均一的,大量物种的形成往往在短时期内突然出现,生物学家将其称之为跃迁。比如现代陆地上大多数我们能见到的动物、植物都是第四纪气候变化(距今260万年)之后的产物,第四纪冰川席卷北半球,冷暖交替的环境最终塑造了地球上今天的外貌。西双版纳的热带雨林、横断山区的杜鹃花,四川的大熊猫都是在第四纪的更新世形成的,这次更新世爆发Pleistocene diversification中,生物类群大概翻了一番,在进化史上是极为奇特的。

生物类群有大爆发的情况,也就是说生物在相当长的一些时间段内种类是恒定的。生物进化缺乏动力。另外一些种类,如家养动物鸽子、狗和猫,则培养出各种各样的形态,这是由于人的干扰打破了原有的自然地理局限,增加了基因的交流与变异。这些例子都是基于生物的系统进化关系,可用亲缘关系和基因变异来解答。文章开头所举的例子(叶甲的阴茎与牛膝的果实形态相似)则没有这层关系,二者属不同的问题。

地质历史变迁引发的气候变化,生境变化似乎是引发生物遗传变迁,最后导致物种多样化的因素。在物种水平,这种解释是有一定道理的。可是,物种水平的解释不能回答特定器官或形态多样性或相似性的问题。特定基因或染色决定着生物的表型,通过特定的基因对比,方能解答为什么植物蜘蛛抱蛋与高脚蛛“抱蛋”的行为在形态上会如此相似的问题。基因水平的解答或许是阐述生物多样性的最终源头,这就是为什么基因组学如此“猖獗”的原因。 

传统经典形态分类与现代基因组的碰撞,可能能够回答一些问题,但也只是问题的一个角度,两队人马的发展与竞争必然导致生物多样性知识的割裂,认知的冲突和学术的分崩离析。那将是一个前所未知的世界,我坚信我是难以理解了。《生命的多样性》作者威尔逊认为,进化生物学的最大进展将由生态学创造。威尔逊的字里行间隐约含一些模糊的东西,我想他自己也未必清晰。而他所谓的生态学恐怕是一种全新的研究维度,方能解开为什么自然界生物如此之多样,及版纳“蜘蛛抱蛋”如此相似的问题。



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