在回声中演化

加入我们的科学爱好者社区!

本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点。


隔离可能是一种恩赐。当我没有连接到网络时,我的效率最高。如果我在火车或飞机上写作,与他人的想法隔绝,就更容易捕捉到我自己的思路并让它们扩展。别误会,我内心的写作者热爱互联网。我在这里了解新的研究,并从世界各地的科学家和作家那里获得灵感。每次点击,我都会发现一个新的想法或故事,等待着被头脑抓住。

这也是为什么我内心的写作者讨厌互联网。在网络上,似乎每个想法都已被思考过,每个故事都被重复讲述过无数次。在充满上千种声音的回音室里,很难找到自己的声音。

在自然界中,生命并没有太大的不同。每种动物,从最小的蝙蝠到最大的猫,都必须找到自己的生态位和声音。以克氏猪鼻蝙蝠,或熊蜂蝙蝠为例。这种可爱的小生物只有3厘米(1.2英寸)长,是“世界最小哺乳动物”称号的有力竞争者。熊蜂蝙蝠分布在缅甸和泰国的两个独立种群中。其自然分布范围仅限于2,000平方公里(770平方英里)。为了比较:这片区域只有罗德岛州的一半大小,比卢森堡略小。


关于支持科学新闻

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,您正在帮助确保未来能有更多关于塑造我们当今世界的发现和想法的具有影响力的报道。


缅甸和泰国的熊蜂蝙蝠在外观上无法区分,但在听觉上却不同。缅甸蝙蝠的回声呼叫音调略高。这种差异的影响不仅限于回声定位,因为蝙蝠还在个人交流中使用回声。在某些蝙蝠物种中,蝙蝠甚至更喜欢与具有相似回声呼叫的伴侣交配。如果熊蜂蝙蝠也是如此,那么回声频率的微小差异可能在遥远的过去在两个种群之间造成了隔阂。

怎么会这样呢?假设在种群中偶然出现了两个群体,它们以略微不同的方式感知世界。如果这种微小的差异影响了它们对伴侣的选择(例如熊蜂蝙蝠及其回声),那么这些差异和偏好会代代相传,被放大并锁定,直到两个群体的成员不再将彼此视为潜在的配偶。当它们停止杂交时,它们已经朝着成为不同物种迈出了第一步。

生物学家为这个过程提出了几个名称,例如“通过感官驱动的物种形成”,但考虑到这些即将成为物种的生物是如何互相忽视的,我认为“通过相互忽视的物种形成”是更好的描述。虽然这构成了一个引人入胜的故事,但这并不是熊蜂蝙蝠回声频率不同的唯一解释。毕竟,这些差异也可能在泰国和缅甸蝙蝠种群分离后进化而来。

一个由国际生物学家组成的团队,配备了超声波探测器和雾网,前往缅甸和泰国的森林,以确认熊蜂蝙蝠是否因忽视而变得孤立。该团队捕获并释放了来自缅甸和泰国的 700 多只蝙蝠,并采集了它们的皮肤或翅膀的穿刺样本。对这些样本的 DNA 分析表明,较小的缅甸种群大约在 40 万年前从较大的泰国种群中分离出来。在如此粗略的分辨率下,只能从蝙蝠的角度看待它们的进化史。研究人员只能得出结论,缅甸种群可能起源于少数泰国蝙蝠,但无法得知它们是如何或为何变得孤立的。

因此,他们决定“放大”组成泰国种群的蝙蝠群落,看看是否能捕捉到正在发生的隔离。尽管泰国蝙蝠群落形成了一个连续的范围,但研究小组确实在南部群落中发现了回声频率的突然变化。与北部蝙蝠的呼叫相比,南部呼叫的频率增加了 3 kHz。这种声学边界清晰而突然,但并未反映在熊蜂蝙蝠的 DNA 中。平均而言,边界两侧的群落之间的差异并不比其他相邻群落之间的差异更大。

一段 DNA 构成了一个例外。来自回声边界北侧的蝙蝠携带的版本与来自南侧的蝙蝠不同。这段 DNA 位于一个基因附近,该基因参与产生蝙蝠听觉器官中的毛细胞,因此它可能在泰国和缅甸蝙蝠不同回声的进化中发挥了作用。

这种“回声定位基因”的倾斜分布表明它提供某种优势。但是什么优势呢?引入第二种蝙蝠:喜马拉雅鼠耳蝠,或学名Myotis siligorensis。这种蝙蝠体型相似,捕食相似的猎物,但更重要的是:它发出的回声与熊蜂蝙蝠在相同的带宽上。如果熊蜂蝙蝠和鼠耳蝠在同一区域狩猎和回声定位,这可能会产生问题。它们的回声信号会相互干扰,它们将无法确定与猎物的距离。

如果其中一种蝙蝠改变其回声的音调,则可以避免相互干扰频率。事实上,这似乎是泰国南部和缅甸的熊蜂蝙蝠发生的情况。录音显示,它们的洞穴也经常有鼠耳蝠光顾,而在泰国北部则没有看到鼠耳蝠。

研究人员得出结论,回声定位不太可能是缅甸和泰国蝙蝠隔离的驱动力。考虑到两个种群之间(至少对于熊蜂大小的蝙蝠而言)的巨大距离,以及泰国蝙蝠在基因上最多样化,他们认为,一些蝙蝠被风暴、飓风或台风,或者可能是大约每 10 万年发生一次的强烈冬季季风从泰国卷到缅甸。

一小群熊蜂蝙蝠,在风暴中翻滚。当风势减弱时,这些生物发现自己远离家园。从树林中传来一种非常熟悉的尖叫声,但来自一个陌生的来源。熊蜂蝙蝠知道它们必须做什么。是时候找到自己的声音了。


图片

洞穴中的熊蜂蝙蝠,作者:Steven Wong。图片版权所有,经许可使用。

熊蜂蝙蝠分布范围参考地图

桂河,作者:Eric Molina

熊蜂蝙蝠骨骼的CT扫描,来源:Digimorph。图片版权所有,经许可使用。


参考文献

Puechmaille SJ, Gouilh MA, Piyapan P, Yokubol M, Mie KM, Bates PJ, Satasook C, Nwe T, Bu SS, Mackie IJ, Petit EJ, & Teeling EC (2011). 熊蜂蝙蝠在有限基因流动背景下的感官分歧进化。《自然通讯》,2 PMID: 22146392

My name is Lucas Brouwers. Most of my writings here will concern evolution somehow, which is the one topic that fascinates most. I like exploring evolution through bioinformatics or molecular biology, though I won't eschew other fields of science if the topic is interesting. Please call out any mistakes I might make while doing so! Science is amazing and I love writing about science. I currently write for a daily Dutch newspaper, where I hope I can convince others of the awesomeness of science and evolution.

More by Lucas Brouwers
© . All rights reserved.