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追求大便的疯狂进化 精选

已有 13160 次阅读 2013-12-11 16:51 |系统分类:科普集锦|关键词:进化,,社会性生物,,蟑螂,,白蚁| 进化, 蟑螂, 白蚁, 社会性生物


蟑螂粪便对白蚁社会性进化的启示(图片来自the economist

 

假如有人告诉你白蚁与蚂蚁关系不大,白蚁其实是蟑螂的亲兄弟。有人会相信吗?

蟑螂和白蚁都是热带雨林中的佼佼者,数量众多,极其成功。二者外形上看似风马牛不相及,但由于生存环境相似,事实是,蟑螂是白蚁的祖先。白蚁虽然也叫蚁,但进化上与蚂蚁的关系很远, 白蚁是从生活在腐木和枯木中的蟑螂进化而来的。蟑螂比较古老,起源于4亿年前的志留纪,白蚁起源于2亿年前的二叠纪,白蚁在地球上出现的时间比蟑螂晚了近2亿年。蟑螂与白蚁最大的差别在于白蚁是社会性昆虫,与蚂蚁一样有蚁后、兵蚁和工蚁之分。然而,白蚁的遗传结构与蚂蚁截然不同,白蚁的社会性起源成了生物学上的一个谜题。

蚂蚁和蜜蜂之所以会形成社会,是因为巢穴内的每个个体的遗传组成是相似的,也就是符合亲缘选择关系。蚂蚁和蜜蜂的后代均是由未受精的卵发育而来,遗传组成一模一样。白蚁则完全不同,蚁后、兵蚁和工蚁都是由受精卵发育而来的,每个个体的遗传组成都不同。所以,白蚁的社会性进化很让科学家头疼。没有亲缘选择的话,那么白蚁的社会性是如何进化而来的呢?又是如何维持的呢?

答案或许就藏在蟑螂的大便之中。前面我们已经知道白蚁是从蟑螂进化而来的,那么白蚁社会性进化的答案或许可从蟑螂的研究之中找到一些蛛丝马迹。据最近一期的Naturwissenschaften介绍,美国西北大学的科学家给出了一个大胆的解释。认为白蚁之所以会集体生活在一起,其动力是蟑螂对大便杀菌功能的疯狂追求所导致的。

通过遗传系谱和生态行为分析,科学家发现了一种半社会性的蟑螂---隐尾蠊(蟑螂的一种),可作为白蚁社会性进化研究的好材料。隐尾蠊体型较一般的蟑螂小,通常生活于腐木之中,与白蚁有很多生态和行为上的相似性,具有半社会性特征,行为介于常见的小强(单独生活)和白蚁之间。在白蚁与隐尾蠊的取食环境中,腐木氮含量很低,而木质素含量却很高,很不容易消化。二者差不多拥有相似的肠道微生物组成,对木质素的利用方法大致相似。氮的利用似乎成了食腐木生物的限制因素。为了更好的利用氮素,白蚁“放弃了具有保护功能的外骨骼,体型变得更小、体色变淡白,以节省极难获取的氮素。与拥有外骨骼保护的隐尾蠊想比,白蚁更加脆弱,容易受到天敌和病菌的攻击。通过筑巢、交哺和梳理等社会性行为的进化,白蚁弥补了外骨骼丧失所带来的危险,同时也提高了氮素的利用能力。

白蚁社会化生活提高了腐木中稀缺资源氮素的利用能力。白蚁的社会性的源头正是来自远古环境中,隐尾蠊对粪便抗菌功效的追求而进化出来的。

通过模拟隐尾蠊建巢的粘合物,科学家将粪便、木头与土壤混合后,接种致病微生物后,发现隐尾蠊粪便的杀菌力很强。据推测,从隐尾蠊进化到白蚁的自然驱动力正是为了获取粪便杀菌的环境,白蚁才进化出社会性特征。隐尾蠊通过集体生活在一起,可充分发挥个体的涂抹便便的功效,将整个生活环境都涂满大便,以抵御病菌。正是对大便抗菌功效的疯狂追求,推动了蟑螂到白蚁的社会性进化,最终进化出社会性的白蚁。从小强的大便堆进化到白蚁的白富美,白蚁社会性特征的进化过程实在是不可思议,其屎和其史都令人不禁拍手称奇。



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