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演化速度史無前例,短短兩代人間,它們從肉食動物變成了能吃素的

前沿科技 3年前 (2022) 虛像
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撰文 七君

原本 " 祖宗 18 代 " 都無肉不歡,但是在短短 40 年不到的時間里,它們就開始轉向素食,甚至為了吃素而長出了全新的身體結構。今天我們就來聊一聊一種能快速演化適應環境的生物——意大利壁蜥。

演化速度史無前例,短短兩代人間,它們從肉食動物變成了能吃素的

意大利壁蜥(Podarcis siculus)。圖片來源:wikimedia

意大利壁蜥(Podarcis siculus)是一種很小只的爬行動物,體長只有 13 厘米不到。它們的老家在歐洲地中海地區,是肉食動物,最愛吃的是各種節肢動物,比如昆蟲。因為長相可可愛愛而且數量驚人,它們不僅被當成寵物,還是研究者的重要實驗對象。

但誰能料到,這種看起來只會眨巴眼睛的小東西敢和達爾文的經典演化理論對線,在短時期內無中生有地長出了新的身體結構,走上了類似胖達一樣的葷轉素的演化道路。

事情要從 1971 年說起。那一年,美國馬薩諸塞大學的生物學家 Duncan Irschick 和同事們來到了克羅地亞做項目。他們在亞得里亞海南部的 Pod Kopiste 島上抓了 5 對意大利壁蜥,然后帶到了附近的波德 - 馬卡魯島(Pod Mrcaru)上。

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克羅地亞附近的 Pod Kopiste 島(左)的 5 對意大利壁蜥被帶到了波德 - 馬卡魯島(Pod Mrcaru)上,并且開始向吃素演化。圖片來源:prayoga.org

不過,意外出現了。

克羅地亞獨立戰爭爆發。這場戰爭前前后后打了大概 20 年,直到 90 年代中期才徹底結束。由于戰爭,研究者們不得不中斷研究,把蜥蜴留在島上。

這個人類社會的意外卻帶來了演化的意外。

2004 年,克羅地亞恢復了波德 - 馬卡魯島的旅游業,研究者們得以登島取回當初的實驗品。一開始,研究者們不確定當初的蜥蜴們過得好不好,甚至不知道它們是否還健在。但是島上的景象他們大吃一驚。

Irschick 回憶道:" 島上全是蜥蜴。" 這原本不是什么大事兒,因為波德 - 馬卡魯島有自己的蜥蜴品種:達爾馬希亞壁蜥(Podarcis melisellensis)。可是對波德 - 馬卡魯島蜥蜴的基因分析顯示,這些蜥蜴里沒有任何一條是達爾馬希亞壁蜥,而全是當初的那 5 對意大利壁蜥的后代。

這些研究者還發現了另一樁驚人的事:這些食肉蜥的 5 千多個后代現在全部都能吃素了。要知道在這些蜥蜴的老家波德 - 馬卡魯島上,素食僅僅占微不足道的部分(7% 不到)。但是波德 - 馬卡魯島上的意大利壁蜥不但能吃素,還很能吃:素食在春天占它們口糧的 34%,夏天則變成了主食,達到了 61%。

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圖片來源:pxhere

在大多數生物學家眼中,吃肉的動物突然能夠吃素,而且能消化超難分解的纖維素和木質素是一件不可思議的事,因為地球上只有極少數微生物(如白腐菌)能夠分解這些復雜的有機聚合物。

石炭紀(約 3 億年前)那會兒就是因為沒有任何生物能分解植物,才讓無法腐爛的植物尸骸在地下慢慢變成了煤炭。而現在地球上的動物也無法直接消化植物纖維,牛啊馬啊等食草動物都需要借助微生物發酵,因此需要長出一個充當發酵罐的巨大消化道。

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煤炭其實是石炭紀地球的 " 綠色污染 "。圖片來源:rawpixel

因為這一點,許多研究者曾認為,要從吃肉轉吃素就必須長出更大的身體,這樣才能容納更大的腸胃。此外,能吃素的動物的體溫還需要達到微生物活躍所需的高溫。總之在吃素前要長成碳基培養皿的樣子,這兩個條件對于變溫動物蜥蜴來說十分苛刻。

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反芻動物牛的消化道(粉)很大。圖片來源:wikimedia

那么,這些意大利壁蜥為什么突然能夠消化素食了呢?

原來,它們長出了祖先所不具備的腸道結構——回盲瓣。

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回盲瓣由括約肌構成。

回盲瓣這個結構是一種括約肌肌肉閥,它可以調節食物的消化速度,讓腸道細菌有充分的時間對植物進行發酵,使其轉化為蜥蜴能吸收利用的脂肪酸。

回盲瓣本身并不是演化中的新產品,但在壁蜥家族中卻很罕見。實際上在意大利壁蜥所屬的有鱗目蜥蜴中,只有不到 1% 的物種具有回盲瓣。雖然其他脊椎動物,比如胖達曾有食肉轉食素的記錄,但有鱗目蜥蜴很少發生這樣的事。

也就是說,意大利壁蜥在至多 30 代、37 年的時間里,演化出了一個嶄新的身體結構,并從食肉改為食素。Irschick 打了個比方:這就好比人類在幾百年內長出了一條新的闌尾(闌尾原本的功能是植物發酵罐)。

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闌尾的位置。圖片來源:wikimedia

為了吃素,它們的身體不但長出了新的括約肌,還把處理植物的工作 " 外包 " 給了配套隊友:一肚子的 " 蠱 "。實際上,波德 - 馬卡魯壁蜥的腸道里充滿了能消化植物纖維的細菌和線蟲,但是它們的老家的同品種蜥蜴卻沒有,這也是令人嘖嘖稱奇了。

當然了,為了更好地 " 吃草 ",這些蜥蜴的頭也變得更大更寬,身體也像理論預測的那樣變大了。

這些研究者評論道,一般來說,要完全改變食性需要數百萬年的時間。但是這些蜥蜴只花了 40 年不到的時間就適應了環境,這可以說是十分離奇了。Irschick 說:" 這種演化速度是史無前例的。" 加拿大麥吉爾大學的生物學家 Andrew Hendry 也表示了贊同:" 這種變化非常驚人。"

身體的變化也帶來了行為和群體結構的變化。由于不需要再追擊獵物,它們的后腿變得短,速度也變慢了。再者,現在大家都愛吃 " 草 ",而植物在島上很多,這些蜥蜴的領地意識減弱了,也住得更近了,它們生出了更多小小蜥蜴,讓種群密度變得很高。

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意大利壁蜥身體的變化也打破了當地的生態平衡。在意大利壁蜥轉向素食的過程中,這個島上原本的蜥蜴群落卻被徹底擊敗。雖然研究者們并不知道這個過程是如何發生的,但是現在外來的蜥蜴完全占據了本地蜥蜴的棲息地。

這項驚人的研究發表在 2008 年的《美國國家科學院院刊》(PNAS)上。這個發現也改變了研究者們對演化的認識。這篇論文指出,快速演化或許是一種普遍現象,而非傳統達爾文主義所認為的那樣,是一種罕見特例。

可是,40 年就能進化成吃素的家伙未免也太能屈能伸了吧?到了葷菜往臉上懟的地方,它們還能這么淡定么?

有研究者開始琢磨,如何讓這些小家伙 " 破戒 " 并重新開始吃肉。他們的實驗結果再一次讓研究者們驚掉了下巴。

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意大利壁蜥(Podarcis siculus)。圖片來源:wikimedia

2010 年,比利時安特衛普大學的研究者 Bart Vervust 和同事發表了他們做的一系列實驗。在 15 周里,他們給抓來的波德 - 馬卡魯島意大利壁蜥投喂節肢動物(比如昆蟲),看看它們的身體會不會出現變化。除了 " 肉 " 以外,這些壁蜥吃不到任何素菜。

結果,這些蜥蜴的腸道變短了,回盲瓣甚至直接消失了。原來對于意大利壁蜥來說,這回盲瓣是可以任意開關的啊。

實際上,回盲瓣 " 召喚術 " 對于意大利壁蜥來說可能只是一種不值一提的小技能。它們極強的適應能力早就得到了各種研究。

比如,意大利壁蜥雖然來自又干又熱的地中海地區,但它們居然能夠適應紐約長島零下 20 攝氏度的冬天,并且擴散到了北美的許多地方。

這是因為它們可以進行進階版本的冬眠:讓體內的水直接進入過冷(低于冰點)狀態而不結冰,通過這種 " 整機保護模式 " 直接睡過冬季。

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過冷水稍有擾動容易結冰。

它們還善于抄作業學習。2018 年發表在《生物學報》(Biology Letters)上的一項研究發現,它們不但能套用同種蜥蜴的經驗,甚至能從不同物種的蜥蜴身上學習,找到藏有食物的塑料盒子,并打開蓋子取出食物。

這樣看來,已經忘記肉味只會暴啃竹竿的胖達君要努努力了呀。

吃素的動物頭大肚子圓體溫高,看來吃素不能減肥咯。

原文地址:http://www.myzaker.com/article/62ee91e98e9f0908085e5cdf

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