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这种动物生殖器越大,灭绝越快:性选择如何影响物种生存能力?

时间: 2018年04月13日 | 作者: Admin | 来源: 环球科学(huanqiukexue.com)
性选择对物种而言究竟是福是祸?


争议:性选择影响物种生存

自有性生殖出现起,两性差异就一直存在,它为动物王国开启了性选择的大门。为了提升与异性成功交配的几率,雌性个体会依据某些特定的性状挑选交配对象,这就是性选择行为。因此,要将自己的基因遗传给后代,动物个体需要同时具备两项能力:保住性命的生存能力,以及竞争繁殖机会的能力。这给雄性和雌性带来不同的选择压力。现在,越来越多的演化生物学家相信,性选择可能影响了整个种群甚至物种的延续能力,但这种影响是积极的,还是不利甚至是毁灭性的,却一直存在争议。

性选择尤其青睐那些令雄性在求偶竞争中占优的性状,而这类性状的维持往往需要消耗巨大的能量。一类进化模型认为,动物们为产生性别特征而投入的能量或许会减少它们为生存投入的能量。当它们赖以生存的环境发生改变时,这种副作用尤为明显。也就是说,两性差异更大的物种,灭绝的风险也会更高。另一类进化模型则认为性选择可以提高适应率,如果雄性主要将能量投入那些有益于帮助雌性完成繁衍任务的性状,并且选择淘汰了那些不够合适的雄性,整个群体将会受益。随着时间的推移,该物种基因组的适应性也会提高、物种抵抗灭绝的能力增强。

此前已有一些研究试图探究性选择是否会影响物种的灭绝速率,但始终没有得到一致的结论。这些研究存在的问题是,其研究对象都是仍存活的物种:它们没有真正灭绝,因此只能用物种的个体数量变化趋势推测灭绝速率,得出的结论也难以令人信服。

而要通过已灭绝的物种探究这一问题,科学家同样面临着难题:多数情况下,人们很难通过微小的化石判断个体的性别。好在,美国国家自然历史博物馆的古生物学家Gene Hunt领导的研究团队找到了一类完美的实验对象:介形虫(ostracods)。

介形虫:极端的性选择

介形虫是一类不起眼的甲壳类动物,它们已经在地球上生存了将近5亿年,演化出超过7万个物种。乍看上去,这种生物就像一粒粒小种子,而仔细观察之后,就会发现它们更像是包裹在坚硬环壳里的虾。雌、雄介形虫有着醒目的体型差异:雄性明显更长,这是因为它们需要容纳硕大的生殖器,以释放更多、更具活力的精子。更加惊人的是,它们的精子展开后的长度,相当于自身体长的6倍。其中一些物种壳内三分之一的空间,都被生殖器官所占据。

造成这一现象的,正是极端的性选择。为了赢得交配这场战争,很多动物都演化出了额外的武器:例如孔雀羽毛、麋鹿的角,或者是像鸭子、海豚以及介形虫等动物一样,长出形态怪异或是体积惊人的生殖器和精子。

由于不同物种间易于区分、雌雄个体体型差异明显,且雄性个体大小能直接反映生殖器大小,介形虫成了研究性选择如何影响物种灭绝速率的绝佳材料。

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一种介形虫cypideis salebraso的雌性(上)和雄性个体(下)。为容纳性器官,雄性个体的外壳更加狭长(阴影部分)。

实验:10倍的灭绝速率差异

为了探究这种雌雄性别差异较大的物种是否比其他物种更难适应环境的变化,Hunt与合作者利用了大量来自史密森尼国家自然历史博物馆、南密西西比大学、路易斯安那州立大学的以及他们自己收集的化石。

研究团队观察的标本涵盖了93个生活在距今大约8500万至6500万年前(白垩纪晚期)的介形虫物种,他们详细测量了超过6000个个体的外壳形状及尺寸。结合它们所处地层的年代,数据清晰地呈现出性选择程度与物种存活时间之间的联系:性别差异最大,也就是性选择最强的物种平均幸存时间只有160万年,而那些雄性在交配战争中花费最少的物种,在地球上存活的平均时间有1550万年——近乎前者的10倍。

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横轴表示介形虫物种的性别差异程度,纵轴表示年代。右边颜色更温暖的圆点代表性别差异更大的物种,更大的圆点表示分布范围更广的物种。在Trachyleberididae科中,可以明显地看到,性别差异更大的物种化石记录在地层中的持续时间更短。

这篇论文的第一作者Fernandes Martins说:“短期而言,性选择有利于个体,它们可以产下更多的后代。但从长远角度考虑,性选择会带来问题。如果你在繁殖上投入太多,你将无力应对其他类型的环境变化。”

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横轴表示雄性与雌性体型大小差异,纵轴为两者形状的差异。图中圆点所处区域的颜色,表示该物种的灭绝速率。可以看出,体型、形状差异越明显,灭绝速率越快。

如果这一结论同样适用于其他体型更大、生殖周期更长的动物,这是否意味着雄性体型更大的象海豹、长着漂亮羽毛的孔雀被宣判了死刑?需要指出的是,这项研究的结论目前只适用于介形虫,性选择对其他动物的影响仍不清楚。“我们还不能回答这个问题,”Martins说,“这只是一项研究。”

这篇论文的通讯作者Hunt说,如果这一点也适用于其他物种,在评估某一物种面对环境威胁的脆弱性时,保育生物学家就有必要考虑性别差异的影响。“如果将大量的能量用于繁殖会使得古代物种很难适应变化的环境,同样的情况也可能适用于我们现在正关心的物种”,他说。

编译:施怿 审校:吴非

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