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在進化的時間尺度上,新物種是如何産生的,隻是時間問題。

進化被認為是一個漫長而緩慢的過程,特别是當新物種形成時。

自從查爾斯·達爾文(Charles Darwin)和其他科學家在19世紀起草進化論以來,生物學家已經研究并部分發現了這一神秘過程。這一過程為我們提供了我們今天在地球上看到的驚人的生物多樣性。然而,我們仍然沒有完全了解驅動新物種形成的複雜機制,直到最近人們才知道,一旦條件合适,新物種就會出現。

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達爾文

對于達爾文和阿爾弗雷德·羅素·華萊士等第一批進化生物學家來說,新物種的出現在陸地上基本上是可見的。他們觀察到,距離較遠并分離較長時間的種群對環境的适應程度不同,并遵循不同的進化路徑。由于缺乏工具,甚至缺乏遺傳知識,進化是一個隻能用肉眼看到的過程。達爾文了解到,加拉帕戈斯群島幾個島嶼上的鳥類看起來彼此相似,類似于美洲大陸的鳥類,但顯示出一些關鍵的差異,例如鰓的大小。這幫助他提出了改變物種和通過自然選擇适應新環境的想法。然而,很難解釋新物種是如何在沒有地理障礙和通過與自然選擇不同的力量的情況下創造出來的。

自從格雷戈爾·孟德爾(Gregor Mendel)通過在修道院花園中種植豌豆來發展遺傳原理以來,進化已經向前邁出了一大步。現在,由于科學和技術的巨大進步,我們可以在幾天内以可承受的價格對整個基因組進行測序,在實驗室中同時培養數千個細胞,甚至可以做15年前無法想象的瘋狂事情。現在我們可以親眼目睹達爾文和華萊士觀察到的進化規模越來越大。現在,我們比以往任何時候都更加認識到真正無處不在和多樣化的進化。

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孟德爾豌豆實驗

來自慕尼黑路德維希-馬克西米利安大學的一組研究人員。通過一組非常有趣的年輕蝗蟲(Chorthippus)研究了物種的形成過程。這些不同的物種看起來非常相似,這使得生物學家幾乎不可能通過它們的外觀來區分它們。由于該物種在歐洲大片地區共存,即使在同一片草地上,這種差別也更具挑戰性。然而,分類學家根據其獨特的交配歌曲将雄性分類為不同的物種。然而,最近的研究質疑蝗蟲屬是否被正确分類。首先,研究人員發現該物種被迫在實驗室中交配并産生健康的雜交後代。如果這些動物是在野外進行的,人們可能會說它們隻是一個具有多種歌曲變體的物種。其次,蝗蟲屬蝗蟲的系統發育表明,據推測屬于不同物種的蝗蟲在遺傳上是如此緊密地聯系在一起,以至于它們不能被放置在不同的種群中。該研究僅基于巨型蝗蟲基因組的一小部分。

在進化的時間尺度上,新物種是如何産生的,隻是時間問題。

幼蝗蟲是蝗蟲

鑒于這些不同的發現,蝗蟲的進化曆史有兩種可能的情況。其中之一是它們在野外雜交,不能被認為是不同的物種。另一種可能性是,不同的物種已經形成得如此之近,以至于它們尚未達到生殖隔離階段,并且在遺傳上沒有足夠大的劃分來通過小規模的遺傳研究進行測試。如果後者是正确的,那麼必須有一個屏障來防止不同物種在自然界中交配。該物種可以在中歐和西歐的同一片草地上找到,是以與達爾文的雀類不同,它在地理上或生态上都不分開。區分雄性不同交配歌曲的最好方法是,如果雌性進化成為隻選擇唱自己歌曲的伴侶,它們可能永遠不會或很少雜交。這導緻不同的歌曲組隔離在同一實體空間中。現在,有必要找出這兩種可能性中的哪一種是正确的。

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3 不同的幼蝗蟲是蝗蟲

雖然對這個特殊問題的研究将完全基于計算機,但研究人員去了比利牛斯山脈。該計劃是捕獲兩種共存的蝗蟲屬蝗蟲,從慕尼黑一直到法西邊境。幾天後,總共捕獲了250隻唱歌的蝗蟲。

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實地考察

經過一次小的實地考察後,是時候開始真正的研究了。基因研究現在需要的在電腦上的準備工作比人們想象的要多得多。該實驗室已經完成了從動物組織中提取和測序的DNA,現在需要對世界各地不同科學家上傳到網際網路上的遺傳資訊進行分類、清理和标準化。最後,研究人員似乎已經弄清楚了兩隻蝗蟲之間的故事。

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捕捉蝗蟲

令人驚訝的是,盡管它們相距幾厘米并且完美交配,但蝗蟲屬蝗蟲似乎并沒有這樣做。它們的遺傳密碼告訴我們,不同的物種是幹淨利落地分開的,根本沒有雜交的迹象。這些蝗蟲物種非常"年輕",最有可能出現在12,000年前,在最後一個冰河時代期間或之後。在曆史上的這個時候,人類一直在發展農業,建造第一批定居點。在進化的時間尺度上,這些物種在幾秒鐘内形成。答案尚不清楚為什麼蝗蟲屬産生不同的歌曲并進化成不同的物種。一種可能性是,在過去,他們在實體上是孤立的,例如在冰河時代,在生活的不同領域,一旦冰消失,他們就相遇了。該物種也有可能随着向新興的歐洲領土擴張而開始多樣化。這些小蝗蟲的美妙之處在于,盡管它們年輕且非常相似,但它們保持着非常明顯的生殖隔離 - 這是由尋找配偶引起的 - 而不是直接由在新環境中生存引起的。

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