一项研究表明,由于对翅膀的独立但同时发生的进化适应,夏威夷不同岛屿上的雄性蟋蟀种群已经失去了鸣叫的能力。这些变化使得昆虫能够避免吸引寄生蝇,这些变化在仅仅20代内独立发生,并且人眼可见。
这些发现可能有助于阐明趋同进化的最早阶段——当不同的群体或种群独立进化出相似的适应,以应对自然选择时。
雄性田蟋蟀(Teleogryllus oceanicus)以其鸣叫声而闻名,这种声音是通过翅膀相互摩擦产生的。翅膀的静脉形成特殊的结构,产生我们听到的蟋蟀鸣叫声的振动。“这种机制就像用指甲在梳子的锉刀上摩擦,”英国圣安德鲁斯大学的研究负责人和进化生物学家内森·贝利说。
支持科学新闻
如果您喜欢这篇文章,请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道 订阅。通过购买订阅,您正在帮助确保关于塑造我们当今世界的发现和想法的具有影响力的故事的未来。
夜间的求爱曲吸引了雌性并促进了繁殖——但不幸的是,对于夏威夷的雄性蟋蟀来说,鸣叫也吸引了一种致命的寄生蝇,即Ormia ochracea。蝇幼虫钻入蟋蟀体内并在内部生长,并在大约一周后出现时杀死宿主。
这两个物种都可能在上个世纪末抵达夏威夷——蟋蟀来自大洋洲,而苍蝇来自北美。为了保护自己免受新敌人的侵害,夏威夷考艾岛上的大量雄性蟋蟀很快停止了鸣叫。
冲突之歌
这种变化似乎是由一种改变了它们翅膀形状的突变引起的,使得它们无法发出鸣叫声。这一壮举在不到20代的时间内完成,只是进化过程中的一眨眼,而且,由于蟋蟀只存活几周,这是一个非常快速的过程。到2003年,加州大学河滨分校的马琳·祖克的一项研究发现,考艾岛上高达 95% 的雄性蟋蟀不再能够鸣叫。突变几乎消除了所有有助于发出声音的翅膀结构,使翅膀变平,但仍然可以飞行。
仅仅两年后,在2005年,距离考艾岛101公里远的瓦胡岛上的雄性蟋蟀也开始沉默。贝利发现,如今,瓦胡岛上大约一半的雄性蟋蟀不会鸣叫。
他的团队对不止一个种群中存在沉默的突变体感到好奇。研究人员怀疑,平翅蟋蟀只是从考艾岛迁移到瓦胡岛,可能是搭乘船只或飞机。
然而,事实证明,虽然瓦胡岛的蟋蟀也长着扁平的翅膀,但它们与考艾岛的邻居截然不同。这种差异即使是肉眼也能注意到,瓦胡岛的蟋蟀比考艾岛的蟋蟀减少的鸣叫结构要少得多。
在他们今天发表在《当代生物学》上的研究中,贝利和他的团队使用一种将DNA切成小片段然后检测数十万个遗传标记或基因组的小的独特区域的技术,分析了来自这两个岛屿的蟋蟀的基因组。与扁平翅相关的遗传标记在考艾岛和瓦胡岛的种群中差异很大。“这意味着基因组中不同的突变部分导致雄性在每个种群中都是平翅,”贝利说。
正在进行的进化
纽约州伊萨卡市康奈尔大学的进化生物学家理查德·哈里森说,这一证据表明,突变独立地发生在两个岛屿上,使夏威夷沉默的蟋蟀成为“趋同进化的绝佳例子”。
尽管在自然界中可以看到趋同进化的证据,但很难在它发生时捕捉到它。英国埃克塞特大学的进化生态学家汤姆·特雷根扎说,这项研究表明,表面上相似的趋同解决方案来应对被声音吸引的寄生虫的攻击,“可以以截然不同的方式进化”。“基因组可以使用非常不同的基因组合来产生相似的结果。”
贝利的团队现在正在努力查明所涉及的基因,并了解它们如何与蟋蟀基因组的其余部分相互作用。
特雷根扎说,除了识别基因外,另一个“令人兴奋的未来研究途径”将是调查鸣叫声的丧失如何影响雌性选择配偶的能力,以及这对种群进化产生的后果。