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“一妻多夫”拯救了这些甲虫 或许还能拯救更多(图)

新闻来源: 环球科学 于2020-06-27 12:10:08  提示:新闻观点不代表本网立场



交配中的赤拟谷盗(图片来源:University of East Anglia)

撰文 | 张二七

气候变化、侵占栖息地、过度捕猎等因素正严重威胁着地球上的生物多样性。对于濒危的种群来说,影响其繁殖与遗传的主要因素有三个:选择(包括自然选择和性选择)、突变和基因交流。过去,在试图挽救因种群规模过小而濒临灭绝的动物时,研究者经常从后两个因素入手,通过提供低风险的栖息地和避免种群内的近亲繁殖,来逐步扩大种群规模。

然而最近发表于《全球变化生物学》(Global Change Biology)的一项研究却给了我们新的启发。研究者发现,当面临“灭绝旋涡”(extinction vortex)时,相比“一夫一妻”的种群,实行“一妻多夫”制的甲虫种群能存活更久。他们据此提出,在生态保护工作中,也应当更多地重视种群中的性别比例和交配模式,这或许能帮助我们更好地拯救濒临灭绝的生物。

致命的灭绝漩涡

“灭绝漩涡”描述的是一种理论中的情景。在这个漩涡中,生态环境、种群基因池与种群数量等因素会不停地相互作用、相互放大影响。一旦其中一环被打破,使得某个种群跌入这个漩涡,它们就会被其间的反馈效应推动,加速走向灭绝。

在经典的灭绝漩涡模型中,核心的三要素是环境压力、种群基因多样性衰减和种群规模缩小。

具体来说,气候变化、外来生物入侵、人类过度捕猎等环境压力会侵占某种生物的栖息地,从而导致其种群规模减小、各种群间交流减少。而对这样较为独立和小规模的种群来说,其基因多样性也会衰减。道理很简单:它们既没有足够的个体数量来提供足够的突变可能性,也缺少从外界接纳新基因突变的渠道。而这种基因的单一是致命的,这会使得它们对环境压力更为敏感,一个很小的变化或许就能造成团灭,或是大规模削减其数量。而更小的种群规模又会导致更贫乏的基因多样性,以及更差的适应能力。在这样的恶性循环中,很少有物种能逃脱灭绝漩涡,幸存下来。

2019年,联合国“生物多样性和生态系统服务政府间科学政策平台”(IPBES)在报告中就指出,目前估计有100万个物种正在加速灭绝,大量生物正面临着灭绝旋涡的威胁。过去,为了了解如何更好地进行生态保护,也有许多研究曾在野外或实验室条件下进行观察,并利用这一模型了解不同种群在不同条件下的生存能力。然而最近,东英吉利大学的研究者提出,常常被忽视的“性选择”可能会灭绝漩涡中的种群产生巨大影响。

“一妻多夫”还是“一夫一妻”

事实上,“性选择”在生物演化中发挥了怎样的作用,自古以来一直争论不休。达尔文曾说过:“每当我看到雄孔雀的尾屏,就觉得难受!”这是因为从自然选择的角度看来,雄孔雀过分华丽的尾屏对生存似乎有百害而无一利。对此,传统的观点是,动物用于求偶的炫耀特征是他们身体素质优势的“广告牌”,通过这种看似无用的性选择,自然选择其实得到了加强。从这个角度来说,性选择可能是维持种群健康的关键力量:同性(通常是雄性)间的竞争与异性(通常是雌性)的选择可以在个体间产生更大的遗传差异,从而使种群更具适应能力。

然而也有反对者认为,性选择并非自然选择的“附属品”,而是独立存在的一套体系。从这一理论出发,这种纯粹为了求偶的特征可能会与自然选择的需求渐行渐远,使种群的演化方向脱离适宜生存的最佳状态。在1999年,Moen等人就对爱尔兰麋鹿的灭绝提出了一种假设:在它们的性选择过程中,过于追求巨大的鹿角,而越来越大的鹿角不仅成为了雄鹿的生存负担,还可能加速了整个群体的衰退。

为了测试性选择究竟在种群演化中扮演了怎样的角色,东英吉利大学的研究者在实验室中模拟了灭绝漩涡的场景,并观察甲虫在严格的“一夫一妻制”与“一妻多夫制”的交配模式下,应对环境和基因压力的能力。

他们选择了一种名为赤拟谷盗(Tribolium castaneum)的甲虫,这种甲虫繁殖速度很快,并且很容易养殖。在交配过程中,第一组中的每只雌性都可以在五只雄性个体中选择交配对象,而第二组中的雌性只能选择固定的雄性甲虫交配。为了避免近亲繁殖,并保证严格的交配制度,研究者在每次繁殖后,都会将其所有后代混合在一起,直到下一代繁殖时,再将雌性和对应的雄性隔离。

在两组各繁殖95代之后,研究小组将其置于灭绝漩涡场景下,并再次繁殖了15代。为了模拟灭绝漩涡,研究者选择了限制食物、暴露于高温(这会影响雄性甲虫的生育能力),以及控制每一代的有效种群规模。

结果很明显,“一夫一妻”组的甲虫难以应对漩涡中的环境和遗传压力,在实验结束时它们全部死亡了。而“一妻多夫”组的甲虫数量下降速度要慢得多,实验结束时还有60%的个体存活。

研究的通讯作者Matthew Gage教授表示:“在消除了繁殖过程中的竞争和选择后,产生的甲虫种群更加脆弱,也更难以面对环境压力。而相比之下,当雄性甲虫需要竞争配偶,而雌性甲虫也有选择余地时,它们反而活的更好。”

“达尔文无法解释孔雀尾羽这样的结构,这种结构似乎只在性选择中有利,而对生存有害,但却能够保存下来。然而我们的研究很清楚的指出,在保持种群的健康时,性选择起到了巨大的作用。我们的这一长期研究指出,性选择有利于保持种群面对糟糕条件的适应性。性选择可以帮助种群剔除‘坏基因’,而稳固‘好基因’,从而提高整个种群应对糟糕的环境或是基因压力的能力。”Gage这样解释道。

在考虑到这项研究的适用范围时,研究者表示,这项研究应当适用于任何两性繁殖、存在一定程度的性选择并且面临环境压力的物种。同时,研究者也建议在生态保护工作中,如果能够帮助物种保持足够的配偶竞争强度,那么或许可以帮助它们更好地应对气候变化、栖息地丧失和遗传多样性缺乏等危机。

原始论文:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/gcb.15186#gcb15186-bib-0061

网编:和评

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