如果物种的整个基因组发生随机突变,像眼睛这样复杂的器官是如何进化而来的? —V. 劳滕巴赫,伦敦
犹他大学生物学教授乔恩·西格尔解释道
虽然如此复杂和有用的器官不太可能从随机的遗传意外中自发产生,但眼睛可以通过突变和选择之间持续不断的相互作用轻松进化,这种相互作用驱动着其他适应性的进化。
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在一个种群中,每个个体突变在首次发生时都极其罕见;通常在一个物种的整个基因库中只存在一个副本。但是,每一代物种作为一个整体都可能发生大量的突变。其中一些突变是如此有害,以至于在它们的携带者出生之前就被淘汰了。但是,绝大多数突变是无害的,或者至少是可以容忍的,而且极少数实际上是有帮助的。这些幸存的突变作为极其罕见的基因变异版本进入种群。
大多数突变随后仅仅因为它们稀有而丢失;然而,对生存和繁殖的非常小的影响可能会显着影响不同突变在特定基因和基因内特定位点积累的长期速率。由此产生的进化变化模式看起来是非随机的,事实上,确实是非随机的:有些位点几乎从不改变,有些位点偶尔改变,而另一些位点则相对频繁地改变。
然而,这并不意味着突变本身是非随机发生的。事后看来,就好像突变发生在需要的地方,但表象可能是具有欺骗性的,而选择是一个伟大的幻术师。实际上,它们只是在需要的地方积累起来——先是一个,然后又一个,再一个,经过许多代。虽然在同一个基因组中将两个或多个新的“合作”突变结合在一起可能需要时间,但如果它们没有从种群中丢失,它们最终会在有性物种中找到彼此。
像人类这样以视觉为导向的脊椎动物拥有令人惊叹的复杂眼睛,但即使在脊椎动物内部,该器官的大多数方面也存在很大差异,并且在整个动物界中出现了几种根本不同的设计。这种多样性通过活生生的例子展示了简单的、非聚焦的光传感器如何逐步完善和改进,成为我们今天所知的复杂、精密的成像眼睛。
对于需要有关其环境快速变化方面信息的生物体来说,一个粗糙的光感器官可能比没有要好得多。给定这样一个原始的眼睛,可能有数千种不同的突变会在各个方面略微改善其功能。当发生这样一种突变,幸运地没有立即丢失,然后在自然选择的力量下频率上升时,它就为其他突变奠定了基础。如果有足够的时间和持续的选择,这个过程将很容易改善眼睛的功能,通常是通过使其更复杂。
为什么鹦鹉有模仿能力? —H. 梅辛,马萨诸塞州韦斯特伍德
莱斯利大学的鸟类生物学家迈克尔·辛德林格,他是网站www.freeparrots.net的维护者,回复道:
鹦鹉最有可能出于物种间似乎不同的原因进行模仿。在某些情况下,从这种模仿中产生的区域方言可能有助于来自相似区域的雄性和雌性找到——或者可能避免——彼此。同样,某些物种的歌曲学习使领地邻居能够互相认识,并有助于区分漂泊者。一项关于澳大利亚小型鹦鹉——虎皮鹦鹉的研究报告称,它们似乎使用叫声相似性来判断配偶。
模仿性声音学习也是潜在配偶或盟友可能考虑的神经功能的可靠展示,包括听力、记忆力和声音产生的肌肉控制。
对野生鹦鹉种群的地理方言进行的回放研究表明,鸟类对其当地语言的反应更强烈。这种现象暗示了模仿的另一个重要好处:通过产生听者已经有记忆的声音,或所谓的神经模板,来更好地引起潜在听者的注意。这种预先形成的感知模板的存在使另一只鹦鹉的发声更容易在嘈杂的环境中被感知。
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