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動物進化原理講解

生活 更新时间:2024-10-05 15:42:20

動物進化原理講解(動物為什麼可以)1

南美安第斯高山蜥蜴采取活體方式産下後代

動物也可以向祖先的方向進化,科學家曾經認為這是不可能的事情,但是新的基因分析表明,蜥蜴,青蛙甚至我們人類均會發生這種現象。

南美安第斯山脈的高山之上,一隻懷孕的蜥蜴在岩石上爬行。突然,她停下來,展開後腿。随後,一個小生命從其體内伸出,包裹在透明的薄膜中,母親立即将薄膜撕開。十五分鐘後,三隻“嬰兒”蜥蜴就開始四處跑動了。

3000萬年前,南美安第斯蜥蜴完成了戲劇性的進化,開始産下活的後代而不是産卵孵化。

蜥蜴生物學上的變化是如此巨大,以至于科學家們過去曾經認為它不可能再回到卵生。然而,智利和澳大利亞科學家在2018年進行的一項新研究卻表明,某些品種的蜥蜴物種又開始卵生。

這種變化似乎表明,進化可能會比我們以前想象的更加複雜與多變,動物可以重獲其祖先在1億年前或更久以前失去的特征。

多洛定律

1890年,比利時古生物學家路易斯·多洛提出,進化是不可逆的,這就是進化論中著名的“多洛定律”。也就是說,動物在進化過程中丢棄的結構或功能不會再出現在該生物體中。蜥蜴從卵生到胎生再重新返祖為卵生證明,多洛定律并非金科玉律。

從本質上講,動物的重大進化變化,例如南美蜥蜴從卵生轉變為活産後代是非常正常的。蛇失去了雙腳,人類向尾巴說再見,企鵝也不再飛翔也是如此。新的環境條件會使動物的一些身體部件要素變得多餘或不便,因此動物有時會通過進化以擺脫它們。

恢複失去的功能似乎需要一個非常不可能的進化過程,在該過程中,一系列改變的基因必須變回原來的版本。以蜥蜴來說,遺傳變化将是可觀的。從産卵到生下活體後代的轉變需要蜥蜴重組産道,卵殼變得更薄,胎盤發育以及免疫系統也需要發生變化,這樣雌性蜥蜴才不會将小蜥蜴視為為異物。

族譜是我們了解動物現在和過去的關鍵。例如,族譜可以告訴我們,哺乳動物祖先都有毛,因此,人類必須來自毛茸茸的動物。南美蜥蜴的祖先之前也是卵生的,但進化過程中,它們已經從卵生變成了胎生,然後又再次回到卵生。

動物進化原理講解(動物為什麼可以)2

基因研究發現了安第斯蜥蜴返祖進化的原因

科學家們對南美蜥蜴進行了258種基因研究,獲得了它們的族譜。他們發現,安第斯蜥蜴從卵生到活體産下後代的轉變是在3000萬年前安第斯山脈隆升時發生的。山脈的升高也将當地蜥蜴擡得很高,以緻周圍的空氣變冷。而寒冷對在母親體外的卵中發育的胚胎具有緻命性。

因此,安第斯蜥蜴開始将其胚胎保留在胃中,直到胚胎發育完成。卵殼被一個薄膜代替,後代在出生時就可以存活下來。後來,一些蜥蜴到了山腳較暖的低地,溫度上升足以令其再次進化為卵生。

動物進化原理講解(動物為什麼可以)3

下颚發育出牙齒的蛙類

蜥蜴隻是違反多洛定律的一個例子。 2011年的一項研究表明,在世界6000多種蛙類當中發現了一種在下颌發育出了牙齒的品種。早在2.25億年前,蛙類的祖先就喪失了這一特征。

人類似乎也違反了多洛定律。在8900萬年前,我們的背部頂部的兩塊肌肉合并成一塊。但是幾百萬年前,這一進化發生了倒退,該區域的肌肉又被一分為二。

“返祖進化”隻是失活的基因在一定的環境因素下重新激活了

所有這些違反多洛定律的行為都迫使科學家重新思考進化,并試圖地找出造成“返祖進化”的原因。他們認為,在許多情況下,這些基因仍然完整無缺,隻是失活了。隻要基因是完整的,就可以重建丢失的特征。

科學家在鳥類中發現了這種現象。鳥類在六千萬年前失去了牙齒,但是大多數鳥類可以産生牙齒的基因仍然具有完整的功能。通過隻改變一個基因,科學家就可以激活所有這些基因,并使鳥類再次長出牙齒。盡管牙齒缺失了,但它們的牙齒基因仍可能存活下來,因為這些基因在動物體内也具有其它有用的功能。絕大多數基因參與一個以上的過程,

它們可以在多種類型的組織中發揮作用。鳥類的牙齒基因可能在羽毛和其它地方繼續發揮重要作用,即使它們在鳥類嘴中不再起作用。

基因活性的改變而不是基因本身的改變似乎也是蜥蜴從産卵到活産再返祖為卵生的關鍵原因。 2019年,一個國際科學家團隊研究了兩種中國蜥蜴,一種産卵,而另一種則活産後代。科學家們确定了兩種蜥蜴相關的負責基因,并對其進行了研究。令他們驚訝的是,從産卵到活産後代的遺傳學改變其實并不是很複雜,兩種蜥蜴之間的差異主要是基因活性的差異。負責卵生的基因也存在于活産後代的蜥蜴中,但這種基因的表達相對于活産基因少得多。而且,由于相關基因仍然存在,回到産卵并不像以前認為的那麼困難。反向的研究也證明了這一點。

科學家在一些蛇類身上也觀察到這種現象。美國進行的一項研究表明,大多數蟒蛇都放棄了産卵,現在活體産下後代,但是生活在沙漠地區的“沙蟒”由于營養不足,導緻該動物重新産卵。

蜥蜴根據栖息地的不同而采用兩種策略。生活在海岸附近的蜥蜴采取産卵,但在山上的蜥蜴則選擇活體生下後代。一個物種可以表現出如此不同的行為證明了動物可以出現重大的進化改變,但它們不會發生重大的基因變化。

動物進化原理講解(動物為什麼可以)4

長出後鳍的返祖海豚

一些返祖現象可以自然發生

動物和人類保留了遺忘已久或發育失落的身體器官,這一點在其胚胎發育過程中尤為明顯。 鲸魚和海豚都來源于四足的陸生動物,當在早期胚胎時,它們仍會發育出小的鳍。在絕大多數情況下, 鲸魚和海豚的四肢在出生前就完全消失了,但也有例外。

動物進化原理講解(動物為什麼可以)5

長出尾巴的小孩

在人類中,可以在胚胎發育的第六周觀察到尾巴。 它通常會消失,但是同樣,也存在異常。 這些古老特征的保留使動物得以保留“逆向”進化的可能性。

一些科學家希望能夠重現滅絕的物種,例如猛犸象或恐龍。其中一些返祖變化可能很簡單,以至于在沒有我們幹預的情況下就可以自然發生,比如産卵蜥蜴和長出下颌牙齒的青蛙。

但另外一些突變則具體緻命性。鳥類是從其恐龍祖先進化而來的,它們在此過程中發生了很大變化,它們失去了牙齒,但是如果對兩個基因的活性進行小小的調整就可以使其恢複牙齒。科學家知道可以進行這種自然突變的調節,但是一旦進行這種幹預,具有這種突變的鳥類胚胎永遠不會孵化。

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