我们忽视的园地:人类如何塑造其他物种的进化

随着人类逐渐统治地球,他们不仅改变了自己的进化历程,也改变了其他物种的进化历程。尽管这些改变帮助我们生存,但它们无意的进化后果往往会产生有害的结果,威胁到我们的福祉

在我们人类历史的绝大多数时间里,我们在某些方面与乌鸦没什么区别,乌鸦会用棍子在有希望的洞里戳来戳去。当然,最终我们发现了火,发明了石器,然后又发展出枪支、杀虫剂和抗生素。利用这些工具,我们鼓励了小麦、酿造啤酒所需的酵母以及肉类和牛奶所需的牛等有利物种的生存——一个令人愉悦的园地。

但我们也鼓励了一个我们忽视的园地——数量惊人的、有弹性的害虫,它们能够在我们的武器面前幸存下来。这些物种现在又回来困扰我们,成为毒素、病原体,甚至更糟。以下是我们帮助这个被忽视的园地繁荣的十种方式。

1. 锋利的石头,柔软的血肉。 最初,有人举起一块磨尖的石头。“进步!”他尖叫道,或者也许是“哎哟!”这取决于他抓住了哪一端。随着第一件石制武器及其众多尖锐的后代出现,生活发生了变化。我们最初的影响可能是很小的。然而,到一万年前,我们已经灭绝了地球上许多最大的物种——乳齿象、猛犸象、美洲猎豹、巨型袋鼠等等。在我们身后,我们留下了更小的物种,它们更能够快速繁殖,或者在一开始就逃避侦查。


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随着人类开始依赖工具生存,那些手更善于制造和使用这些工具的人更有可能将他们的基因传递给下一代。坦佩市亚利桑那州立大学的玛丽·马兹克认为,人类的手骨与其他灵长类动物的手骨截然不同,原因在于我们使用工具。我们的手更能够掌握微妙的握力,这对于制造和使用工具来伤害或杀死其他物种是必要的。为了应对我们的第一批工具,我们周围的动物发生了变化。我们自己也发生了变化。

2. 大鱼吃小鱼。 我们不仅改变了陆地上大型猎物进化的进程,而且还有效地缩小了海洋中鱼类的大小。渔民更喜欢捕捞大鱼,而捕鱼法规往往禁止捕捞一个物种中最小的个体。作为回应,鱼类已经进化出在较小尺寸和/或较年轻年龄繁殖的能力。如果它们能在长到足够大而被捕捞之前繁殖,它们的基因就有更高的机会被传递下去。美洲鲽鱼、大西洋鳕鱼、大西洋鲱鱼、大西洋鲑鱼、河鳟鱼和奇努克鲑鱼似乎在它们被大量捕捞的地方和时间生长得更慢和/或在更小的尺寸下繁殖(Jorgenson 等人,2007;Palcovacs,2011)。曾经,一条大鳕鱼可以吃掉一个小男孩。现在,一个小男孩几乎可以吃掉整条鳕鱼。

3. 抵抗是徒劳的。 细菌已经进化出对来自其他物种(包括真菌)的威胁的反应,这已经有数亿年的历史了。细菌和真菌竞争食物,并且经常使用化学战来竞争。真菌进化出抗生素,细菌进化出耐药性,因此真菌进化出新的抗生素。然而,最近情况发生了变化。我们发明了(或者更确切地说,是从真菌那里偷来的)抗生素,这使我们能够杀死细菌——而且,重要的是,治疗细菌感染。然而,通过过度、不完全或不加选择地使用它们,我们导致对我们的药物产生耐药性的细菌菌株进化。与真菌不同,我们无法通过简单地进化出新的抗生素来报复。数百个细菌谱系已经进化出对十几种以上抗生素的耐药性。作为回应,我们被迫发现新的抗生素,这是一项已被证明越来越困难的努力。

4. (抗)病毒行动。 病毒通常比细菌进化得更快。例如,多种治疗 HIV 感染的药物一起服用作为鸡尾酒疗法,原因只有一个:HIV 病毒进化迅速。鸡尾酒疗法减缓了完全耐药性的进化。即使 HIV 进化出对一种药物的耐药性,它进化出对所有三种药物的完全耐药性的几率也要低得多。同样,通常每年在亚洲开始的流感在到达北美时已经不同了。流感病毒的进化不仅取决于我们如何应对它,还取决于我们的人口规模和流动模式。它和其他病毒甚至在我们体内进化。让你生病的病毒几乎不可避免地与你传染给别人的病毒不同。

5. 杀虫剂。 在野生草原中,植物生物量的三分之一被食草动物吃掉。在我们的农田中,只有 10% 被吃掉。这种差异部分是由于我们每年使用超过 23 亿公斤的杀虫剂来控制害虫。虽然在阻止害虫的同时,我们也杀死了许多有益物种,并有利于对我们的杀虫剂产生抗药性的品种。数百种昆虫已经进化出对杀虫剂的抗药性。除了用于昆虫的杀虫剂外,农民还使用杀菌剂来杀死真菌。几乎所有杀菌剂都导致了新的抗药性植物病原菌株的进化(Gould)。

6. 除草剂。 任何一块土地,如果被遗弃,都会倾向于长出旨在相互竞争的植物,越长越高,伸向天空以赢得阳光。曾经,我们通过手工除田地里的杂草并将作物种子与杂草种子分开来阻止这种竞争。这种选择依赖于视觉敏锐度,并导致多个杂草谱系进化出类似于我们作物的种子。现在,我们使用除草剂来排除杂草,无论是在我们的草坪还是田地里,在它们结籽之前。杂草进化出对除草剂的抗药性,变得对我们的化学物质而不是我们的眼睛隐形。一百多种杂草已经进化出对一种或另一种除草剂的抗药性。我们清理地面,耕耘土壤并喷洒肥料和除草剂,当我们这样做时,抗药性杂草就会一排排地生长出来。

7. 环境毒素。 我们产生的环境毒素无处不在。它们经常影响我们周围物种的健康和福祉;有时它们也会影响它们的进化。 多氯联苯(又名多氯联苯)曾经用于工业冷却剂。虽然多氯联苯是良好的冷却剂,但它们是有毒的。多氯联苯会杀死鱼类和其他动物,部分原因是它们会阻断其体内的受体之一 AHR2。具有普通受体的鱼类在多氯联苯丰富的地方直接死亡,留下食物和栖息地。那些受体略有不同的鱼类,多氯联苯对它们的结合较差,得以幸存并最终繁荣起来。多氯联苯从来没有打算用于控制其他物种。然而,它们确实起到了杀死某些(但不是全部)它们接触到的物种和个体的作用,强烈地偏爱具有一种或另一种形式的抗药性的个体。多氯联苯并非独一无二。我们的许多污染物——无论是重金属、镉、石油还是其他——似乎都会导致耐受性生物的快速进化,并且至少有时会导致有毒生物的快速进化。

8. 鼠(和老鼠)与人。 自至少一万年前农业起源以来,老鼠和老鼠就一直跟随着人类。很容易想象,我们可能也在几乎同样长的时间里一直试图杀死它们。然而,最近,我们一直在毒害这些害虫,向它们提供掺有致命化学物质的诱人食物。生活在森林和其他野外的老鼠特别容易被新食物吸引,因此很容易从这些诱饵中觅食。与人类一起生活的老鼠则不然,至少现在不是了。给它们提供一种新食物,它们会等待。一些作者认为,城市老鼠的这种“恐新症”是由于我们新的“食物”对老鼠和老鼠构成的威胁而进化出来的。就目前而言,我们对恐新症进化的少量了解与这个想法相符。由于我们的干预,老鼠和老鼠最明显的进化变化是对鼠药华法林的抗药性的进化。然后,我们创造了超级华法林来针对这些抗药性种群,但最近又进化出了对这种毒药的抗药性(Mayumi 等人,2008)。我们忽视的园地似乎再次失控增长。

9. 城市丛林。 生活在城市环境中的植物物种往往被栖息地斑块包围,这些栖息地斑块不如它们所处的栖息地适宜。远离母体的种子更有可能最终落入那些不太适宜的环境中(想想:混凝土或路面;Cheptou 等人,2008)。因此,一些城市植物已经进化出产生更少、更大的种子,这些种子落在它们附近,而不是可以传播得更远的小种子。尽管这种类型的快速进化带来了短期的生存优势,但可能意味着这些植物在未来不太能够适应不断变化的环境。与此同时,成千上万的其他城市物种正在获得新的生存机制,尽管我们建造城市的方式千差万别,无论是进化出吃混凝土的能力,更大声地呼唤配偶,还是仅仅在我们高耸的玻璃和钢铁塔楼之间找到一个藏身之处。

10. 新的加拉帕戈斯群岛。 我们的石制武器和抗生素只是我们创造的一些工具,这些工具无意中帮助塑造了我们周围物种的进化。仅仅是四处走动也引起了变化,其中许多变化可能是无害的,但所有这些变化都是无意的。我们已经将甘蔗蟾蜍、野猪、老鼠、老鼠、杂草、麻雀、路面蚂蚁和数千种其他物种与我们一起带到世界各地。这些物种对我们的工具做出了反应,但它们也对我们引入它们的地方的气候和已经存在的生物做出了反应。澳大利亚最近的一项研究发现,引入那里的数百种植物物种中的大多数都显示出近期进化的证据,引入后,其中许多物种显然已经进化出更小、更耐旱的形态(Bushwell 等人,2011)。引入澳大利亚的甘蔗蟾蜍正在进化出更长的腿,这有助于它们在新栖息地定居(例如,Philips 等人,2007)。在甘蔗蟾蜍存在的地方,蛇正在进化出更小的嘴(那些嘴较大的蛇吃甘蔗蟾蜍,这样做会死掉)。引入加那利群岛的秃鹫已经进化出更大的身体(Agudo 等人,2010)。在其他地方,家麻雀(Johnston 和 Selander,2008)、甘蔗蟾蜍、家蝇和许多其他物种都显示出在不同地方进化出不同形态的证据。我们向其中引入生物的每个新地方都是一种岛屿,而这些物种是达尔文加拉帕戈斯群岛鸟类的新版本。

最终,虽然进化可能是异想天开的(想想:吸血蝙蝠),但它的一般趋势是可以预测的。它会重访其最常走的路线。如果我们继续像过去那样管理我们周围的世界,那么我们很可能会继续偏爱更多那些在我们面前茁壮成长的物种,即那些对我们的药物、杀虫剂和毒素具有抗药性的物种。这些物种可能会变得更大或更漂亮,但可能不会。而且,一个充满小型抗药性物种的世界不一定是我们想要的。现在是时候利用我们对进化及其常走路径的了解,在我们规划未来时,培育一个新的园地,一个播种了有益于而不是伤害我们的物种的园地。

参考文献
一般文章——有关抗药性进化的出色综述,尽管略有年代久远,请参阅 Fred Gould 的文章…… Gould, F. 1991。“作物害虫的进化潜力。”美国科学家 79. Gould, F. 1991 (http://www4.ncsu.edu/~fgould/pdfs/ref.pdf)

锋利的石头,柔软的血肉——要回顾这篇有趣的文献,请阅读 Marzke 最近的评论,以及近年来任何以此为基础的优秀论文。Marzke M. W., Marzke R. F. 2000。“人手的进化:获取、分析和解释解剖学证据的方法。”J Anat 197: 121–140。

大鱼吃小鱼,更多的小鱼——请参阅 Erik Palkovacs 最近的精彩评论。Palkovacs, E. P. 2011。“过度捕捞辩论:生态进化视角。生态学与进化趋势 26:616-617。doi: 10.1016/j.tree.2011.08.004

(抗)病毒行动——例如,最近一项有趣的研究考察了丙型肝炎病毒在个体宿主体内以及在宿主之间传播时的进化速率和细节。这项研究发现,病毒在特定宿主体内(无论是你还是你认识的人)的进化速度实际上比在宿主之间的进化速度更快。Gray, R. R., 等人。丙型肝炎病毒在宿主体内和宿主之间的进化模式和节奏。BMC 进化生物学 2011;11: 131。 http://www.biomedcentral.com/1471-2148/11/131/

新的加拉帕戈斯群岛——在我看来,在最近的这些研究中,最令人兴奋的是关于甘蔗蟾蜍的研究,它们在新地方出现时,似乎既在进化,又在塑造其他物种的进化。请参阅 B. L. Phillips 的工作,包括最近的论文,Phillips B. L., Brown G. P., Shine R. 2010。“进化加速的入侵:甘蔗蟾蜍范围推进过程中的扩散速率向上进化。”进化生物学杂志 23, 2595–2601.doi:10.1111/j.1420-9101.2010.02118.x

罗布·邓恩是北卡罗来纳州立大学的生物学家,也是一位作家,他的文章曾发表在自然历史史密森尼国家地理等出版物上。

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