研究称竞争性的进化力量推动蝾螈颜色的快速进化

2021年04月14日 10:31 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

根据宾夕法尼亚州立大学生物学家领导的一项新研究,两种相反的进化力量解释了宾夕法尼亚州池塘中存在两种不同颜色的斑点钝口螈卵团的原因。了解维持野生种群生物多样性的过程是生物学的一个核心问题,可能让研究人员预测物种将如何应对全球变化。

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斑点钝口螈(Ambystoma maculatum)是一种广泛存在的物种,出现在美国东部,并在春季回到临时池塘繁殖。雌性蝾螈将卵产在称为卵团的卵块中,卵团为不透明的白色或完全透明。雌性在其一生中产下相同颜色的卵团,但目前还不清楚是什么原因导致了不同的颜色,或者这些颜色中的任何一种颜色是否赋予了卵的优势--例如,如果一种颜色对捕食者来说不那么明显。

"我们通常认为进化是在几百年或几千年的时间里运作的,但实际上,在一个系统中起作用的进化过程可以影响每一代动物,"宾夕法尼亚州立大学的Eberly博士后研究员和研究小组的领导者Sean Giery说。"在这项研究中,我们重新调查了最初在20世纪90年代初研究的池塘,这给了我们一个独特的机会来探索形成我们今天看到的两种卵团颜色类型或形态的频率的进化过程。"

Giery重新调查了宾夕法尼亚州中部的31个池塘网络,注意到了蝾螈卵团的颜色以及每个池塘的环境特征。这些池塘最初是由时任宾夕法尼亚州立大学生物学教授 Bill Dunson和他的学生在1990年和1991年进行调查的。新研究于2021年4月14日发表在《生物学通讯》杂志上。

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研究小组发现,在过去的30年里,蝾螈的种群规模和池塘化学成分保持稳定。当对整个区域进行平均时,每种卵团形态的总体频率也保持不变--在1990年和2020年都有大约70%的白色卵团--但在许多情况下,单个池塘内的频率发生了巨大的变化。

“在单个池塘的规模上,这是一个极其动态的系统,”Giery说。“它们不只是达到一个频率并保持在那里。通过关注单个池塘而不仅仅是整个区域,我们可以挑明是什么在驱动这些种群频率的变化。在这种情况下,我们发现了两个相反的进化过程--选择和漂移。”

研究人员发现了一种被称为基因漂移的进化过程的强烈信号,它可以导致形态频率因偶然性而改变。在小种群中,漂移更有可能产生重大影响,例如其中一种形态完全消失。正如预期的那样,由于漂移,研究人员发现,在卵团较少的池塘中,每种形态的频率变化更为显著。

“然而,没有一个池塘完全转向一种形态或另一种形态,这表明可能还发生了其他事情,”Giery说。“我们发现,在20世纪90年代处于极端的池塘--具有高频率的清澈或高频率的白色卵团--变得不那么极端,向该地区的整体平均值转移。这支持了‘平衡选择’在这个系统中运行的观点。”

平衡选择是自然选择的一种类型,可以帮助保存种群中的多种性状或形态。根据Giery的说法,卵团颜色中平衡选择的一种可能的解释是,池塘中罕见的形态--不管实际颜色如何--具有优势,这将导致罕见的形态变得更加常见。另一种可能性是,白色形态在一些池塘中具有优势,而透明形态在其他池塘中具有优势,蝾螈在池塘之间的移动导致了两种形态的持续存在。

"最终我们发现了这两个进化过程之间的紧张关系,遗传漂移可能导致这个系统的多样性减少,而平衡选择则致力于维持它,"Giery说。

研究人员目前正在调查宾夕法尼亚州以外的池塘中的卵团,以探索其他地区的形态频率是否不同,以及这些进化过程是否在更大范围内以同样的方式运作。

“虽然我们在这项研究中没有看到卵团颜色和环境特征之间的关系,但更大范围内的环境特征可能会推动每个区域的最佳频率,”Giery说。“通过观察更大的尺度,我们可以更好地了解是否存在区域最优,以及如何维持它们。了解维持生物多样性的过程可能最终会帮助我们预测野生动物将如何适应我们不断变化的世界。”

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