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一起酝酿了200万年的造假丑闻

发布日期:2022-04-19 10:57    点击次数:194

4月来临,当一些国家的人们准备拆开他们的复活节彩蛋时,科学家已经解决了自然界最大的犯罪案件之一,这是一起酝酿了200万年的“彩蛋造假丑闻”。

在世界各地,不少鸟类会在其他物种的鸟巢中产下自己的蛋,从而顺利逃避做父母的成本。这种生存方式被称为巢寄生。它自然有很多优势,但同时也带来了不少挑战,比如,如何“说服”或者说欺骗其他物种接受一个外来的蛋。

许多巢寄生鸟类都会模仿宿主的蛋的颜色和图案,但是,有一些巢寄生鸟类会利用几种不同的宿主物种,而不同物种的蛋看上去可能各不相同。那么,一种巢寄生鸟类怎么能同时模仿几种完全不同的鸟蛋?这些寄生的伪装者又是如何将这种能力传给它们的后代的?

这些问题在一个多世纪以来一直困惑着科学家。现在,一组国际团队的遗传研究取得了重大突破。研究主要集中在寄生织雀(Anomalospiza imberbis)的鸟蛋模仿遗传学上,这是一种采用寄生生活方式的鸟类物种,它们在非洲各地会利用许多种莺类帮助育雏。

但是,新发现表明,从进化角度来说,这种欺骗行为可能反而让寄生织雀作茧自缚,如今,那些受害者可能反而在进化中占了上风。

母体遗传

我们最熟悉的性别决定系统是XY,也就是我们和许多哺乳动物所采用的这种。在这一系统中,雄性是所谓的异配性别,带有不一样的X和Y两条性染色体。

但鸟类和一些昆虫则采用的系统则不一样,被称为ZW性别决定系统,与XY系统正好相反,带有异配的染色体(ZW)的反而是雌性。

XY性别决定系统和ZW性别决定系统。(图/原理)

团队在赞比亚南部的一个研究地点以及赞比亚周边社区收集到了大量实地数据。这片地区的寄生织雀会欺骗4个物种的草莺,造成了破坏性的影响。

研究团队从属于4个草莺物种的141个鸟巢中,收集了196只寄生织雀的DNA样本,并对它们基因组中的数千个短片段进行了测序。结果显示,雌性寄生织雀正是通过雌性独有的W性染色体,从母亲那里继承了模仿宿主鸟蛋外观的能力。

这种母体遗传让寄生织雀能够规避从不同宿主养育的父亲那里继承到的错误模仿基因的风险,因此使得雌性寄生织雀的不同谱系能够进化出针对不同宿主物种的专门模仿。

同时,它们还懂得进一步让鸟蛋变得更加多样化,模仿宿主物种内至少几种不同雌性的蛋的颜色和图案的变异。

这种母体遗传同时验证了鸟类学家在1933年首次提出的假说。当时鸟类学家观察到,欧洲的大杜鹃(common cuckoo)能以类似地方式模仿不同宿主物种的鸟蛋。

寄生织雀和宿主的雏鸟。(图/剑桥大学)

精妙的模仿和伪装让很多宿主父母受到蒙蔽,错误地接受了寄生鸟蛋,而不会将它们扔出巢外。而年幼的寄生织雀通常会长得比宿主自己的雏鸟更快,那些可怜的亲生骨肉往往很快会被饿死。这成了这些巢寄生的非洲鸟类成功的关键。

自然选择的双刃剑

然而,研究人员认为,这种长期建立的母体遗传的遗传结构,可能会反过来困扰寄生织雀。

在这种特殊的物种间共同进化的军备竞赛中,自然选择创造了一把双刃剑。虽然母体遗传让寄生织雀有能力利用多个宿主物种,但随着宿主进化出新的防御措施,这可能会减缓它们进化出反适应的能力。

作为对伪装者的反击,不少宿主物种已经成了熟练的“质量管理者”,它们懂得仔细甄别,拒绝在颜色和图案上不一样的蛋。

特别是,寄生鸟类面临着一个艰巨的挑战,因为一些宿主物种反过来进化出各种各样颜色和图案特征的鸟蛋,具有惊人的多样性,这有助于宿主区分自己的蛋和寄生鸟类的“赝品”。比如,研究中的4个草莺物种,都已经进化出了在自己的蛋上沉积出独特“签名”的能力,从而加强对入侵者的检测。例如,褐胁鹪莺(Prinia subflava)产下的蛋带有蓝色、白色、红色或橄榄绿色的底色,上面还有各种图案。

但是,由于寄生织雀母体遗传的局限,这些寄生鸟类却无法重新组合由各个独立的谱系进化出的伪造特征。比如,两个谱系的寄生织雀母亲已经成功进化出了蓝色或红色的鸟蛋,但它们似乎无法创造橄榄绿色的蛋所需的那种精确的色素混合。

寄生织雀模仿褐胁鹪莺鸟蛋的行为。照片显示了寄生织雀的蛋(中间一圈)和常见宿主褐胁鹪莺的蛋(外面一圈),揭示了寄生织雀蛋的“赝品”所模仿的宿主蛋颜色和图案的多样性。然而,寄生织雀却无法模仿一些褐胁鹪莺的深橄榄绿的鸟蛋(左上角)。这可能是寄生织雀的遗传限制带来的局限。(图/剑桥大学)

在先前的一项研究中,科学家已经发现,在宿主的蛋中,橄榄绿色的比例已经变得越来越大,说明这是宿主物种加速进化的反击。正如预期的那样,团队发现,这些宿主鸟类采用了一种不同于寄生织雀的遗传过程,也就是双亲遗传,传递给后代它们的“反诈骗”能力。

不确定的未来?

科学家表示,寄生织雀错过了一种强大的进化新特征的来源,这可能让它们在这场持续的军备竞赛中付出高昂的代价。它们遗传模仿能力的方式出现了一处明显缺陷,可能让宿主的防御变得更为有效,并限制了寄生鸟类的反应能力。

最坏的结果,宿主或许会进化出无法伪造的鸟蛋特征,这可能会迫使寄生织雀转向其他“更傻更天真”的宿主物种。或者,寄生鸟类也可能越来越依赖年轻的宿主个体,因为这类个体还没有完全学会创造自己的特征,而且没那么善于观察发现不一样的蛋。

这场漫长的进化军备竞赛似乎暂时出现了优势方,但未来前路如何,自然选择还会引出怎样的故事,还很难断言。

#创作团队:

编译:Måka

排版/设计:雯雯

#参考来源:

https://www.cam.ac.uk/stories/egg-forging-evolutionary-puzzle-cracked

#图片来源:

封面图:University of Cambridge

首图:University of Cambridge



 




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