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这种变色蜥是进化达人 但未来却可能再无进化余地

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这种棕色变色龙有进化问题,它们几乎没有进化的空间。

这种变色蜥是进化达人 但未来却可能再无进化余地

图:一只古巴棕色变色的蜥蜴。(照片/查尔斯·夏普)

棕色变色龙是世界上最成功的物种之一,具有弹性,已经在西半球的大部分地区定居,甚至乘坐载着观赏植物穿越太平洋的船只抵达夏威夷和新加坡。在美国东南部,棕色变色龙有效地取代了原生的绿色变色龙,它们甚至将本地变色龙赶到了树上。从黑暗的森林到阳光普照的海滩,都有这些冷血动物的痕迹,仿佛它们可以在地球上的任何地方玩耍!

"这种动物在巴哈马群岛非常普遍,你可能会对这种流行感到惊讶。你在路边捡起一棵灌木,走近一看,我敢打赌你会看到一只棕色变色龙,当然,也许是三只。巴拿马城史密森尼热带研究所的博士后研究员迈克尔·洛根说。洛根的拍摄对象是这些变色的蜥蜴。

你可能会认为,有这么多的棕色变色龙和地球上这么多的地方,这个物种应该有很多遗传变异。是的,有些变色龙会变大或变小,移动得更快或更慢,并且可能看起来更亮或更暗,这意味着不同地方的变色蜥蜴偶尔会适应新的挑战,例如气候变化,它们将这些特征传递给年轻一代,他们应该对气候更加宽容。但一项新的研究表明,事实并非如此。

这种变色蜥是进化达人 但未来却可能再无进化余地

图:棕色变色蜥蜴。(照片/托马斯·布朗)

该研究发表在最近出版的皇家学会B会议记录中。这项研究可能对所有冷血动物的未来产生重大影响。这些冷血动物包括蜥蜴,其他爬行动物,两栖动物和鱼类,其体温随外部环境而变化。由于被称为冷血动物的物种的生活与温度波动密切相关,研究这些物种可以帮助科学家更好地了解全球变暖的危险。

"令人惊讶的是,这些遗传变异没有以气候变化为特征。例如,棕色变色龙是奔跑最快的变色龙之一,它们体温的遗传变异不那么明显,这一特征对于逃避捕食者来说很重要。现在的问题是,如果棕色变色龙缺乏必要的遗传适应性,它们如何适应地球不同地区的环境?洛根说。

现在有一种解释是,几代变色龙面临着环境挑战,该物种将进化以应对这些挑战,但遗传适应也可能遵循死胡同。这种解释是可能的,但上述问题仍然没有明确的答案。就目前而言,棕色变色龙物种内部有一些微妙的变化,"但随着时间的流逝,一些特征的可变性非常有限,因此进化影响是有限的。洛根解释道。

"正如我之前所说,一些特征的变异性有限,就像四边形只有四条腿一样,这些特征完全是遗传决定的。因为这些基因在个体之间不会改变,所以几乎所有的三胞胎出生时都有四条腿,所以选择不适用于没有突变的特征,"洛根说。

这种变色蜥是进化达人 但未来却可能再无进化余地

附图:迈克尔·洛根(Michael Logan)在巴哈马大埃克苏马(Grand Exuma)收集棕色变色龙的研究数据。(照片/Christine Miller)

科学家们从两个非常不同的栖息地捕获了成年蜥蜴,一个在凉爽的林地,另一个在炎热,光线充足的半岛上。研究人员在人工环境中繁殖蜥蜴,然后在相同的实验室环境中抚养两只变色龙的后代。

"种群之间的差异完全由遗传学决定。现在,我们将为两种不同的变色蜥蜴提供相同的生长条件,看看"生长条件"是否有效。洛根解释道。虽然两人的后代在相同的条件下长大,但寒冷地区的蜥蜴和温暖地区的蜥蜴之间存在明显的区别。洛根说。

研究人员首先将两只变色的蜥蜴暴露在不同的温度下,然后使用高速相机记录它们在木棍上的奔跑。研究人员还使用凝胶包和加热灯创造了一个21摄氏度到48摄氏度的环境,并使用相机记录了变色蜥蜴的反应。正如研究人员所预期的那样,最初在较温暖的条件下生长的蜥蜴在较高温度下表现更好,但两组没有表现出许多遗传变异。

"我们的研究结果表明,自然选择可能已经耗尽了所有可用的遗传变异,以便这些种群首先适应其热环境,因此随着全球气候的不断变化,这些变色龙没有进化的空间,"洛根说。

这种变色蜥是进化达人 但未来却可能再无进化余地

图:棕色变色蜥蜴。(图/像素)

该研究显示了适应热特征的遗传基础,"因为当我们控制对环境的影响时,两种变色龙之间存在差异,"洛根补充说。"但我们也表明,在这两个变色龙种群中,这些特征缺乏遗传变异,这意味着它们在自然选择面前无法再进化。

"虽然变色蜥蜴已被证明比预期的更脆弱,但棕色变色龙数量众多,具有适应新环境的能力,似乎不太可能受到气候变化的影响,"洛根说。该研究还提出了一个令人不安的问题,即在全球变暖的背景下其他物种的命运。

"其他物种往往比棕色变色龙的覆盖范围更有限,更有可能生活在炎热的环境中,"洛根说。棕色变色龙是世界上成功的入侵者,但如果它们缺乏快速进化所必需的遗传变异,其他生物可能会更糟。洛根说。"面对自然选择,在相对稀有、更具体的物种中,遗传变异的机会应该较小。

蒙大拿大学(University of Montana)博士后研究员、进化生物学家Shane Campbell-Staten表示,这项研究为冷血动物对温度变化的反应提供了关键联系。坎贝尔没有参与这项研究。

这种变色蜥是进化达人 但未来却可能再无进化余地

图:环颈蜥蜴。(图/像素)

"到目前为止,几项研究表明,极端天气事件和环境的快速变化会导致选择性事件,例如对干旱,热浪或寒流的生物体存活的可能性更大,并且基因将传递给下一代,"坎贝尔斯汤顿说。无论如何,该研究指出,虽然进化可以跨代发生,但有一个条件是,允许生物体生存的特征可以传递给后代。就棕色变色龙而言,在高温环境下选择的特征似乎并没有有效地传递给下一代,这意味着这些特征的适应性进化可能比全球变暖预期的要慢得多,简而言之,其速度与气候变化不符。坎贝尔·斯塔顿补充道。

"这种不匹配可能是一个灾难性的组合,"坎贝尔·斯汤顿说。"这意味着随着气候变暖,对生物体适应性耐热性的需求增加,这意味着更多的人将在一代人中死亡,幸存者不会过得更好,他们可能对气温上升稍微舒服一些,但他们可能根本没有任何优势。这种不匹配的最终结果是,如果气温继续上升,物种将不可避免地灭绝。坎贝尔·斯塔顿说。

虽然这项研究并不直接适用于温血动物,但"很明显,世界上有很多物种,包括我们赖以生存的植物,因为植物提供食物和氧气,以及为植物授粉的昆虫,以及许多冷血动物,它们是生态健康的重要组成部分,可能会受到很大的影响。坎贝尔·斯塔顿说。

随着世界变暖,但小规模物种缺乏迁徙能力,进化是"他们的主要逃生路线",洛根说。但这项研究"表明,我们所爱和关心的许多物种可能无法迅速应对气候变化。"

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