馬的演化歷史顯示新物種和特徵可能並不同步演化

馬的演化成功或說明了一重要演化學假設的錯誤

事情遠比我們想像的要複雜

作者 BEC CREW

翻譯 文直男

審校 諸忘言

馬在一千八百萬年間經歷了快速且成功的演化過程，科學家們曾經做出一些重要的假設來解釋其中的原因。如今，基於對牙齒和體型大小的最新分析表明，這些假設中的一些關鍵細節有可能是錯誤的。

在此之前人們普遍認為，當草原成為馬賴以存活的棲息地時，它們從此快速地演化出了強有力的齒和更大的體型，以適應全新的草食性生活。但對138種馬進行分析後的證據表明，它們在演化過程中的變化實際上非常的小。

「根據傳統的觀點，馬在草原出現之際便更快地演化出更加耐磨的牙齒以適應由食草帶來的更大磨損。」參與此項研究人員之一，來自柏林自然博物館的 Juan L. Cantalapiedra 如此說道。

不僅僅是它們的牙齒應該隨著食性的改變而發生變化，傳統的演化觀點認為馬的體型也應當變得更大，從而才能更高效地消化植物，並在開闊的草原環境中保護它們自身不受捕食者的侵害。

但是當 Cantalapiedra 與該研究團隊構建了一棵新的演化樹來追溯138種現存以及滅絕的馬從一千八百萬年前至今地演化歷史時，他們發現，這些馬的牙齒與體型都始終保持著非同尋常的相似性。

利用全新的電腦模型，研究人員將131種已經滅絕的馬和7種現存的馬的牙齒和體型大小信息映射到系統發育樹上，從而得以發現數百萬年前物種形成的「出芽點」——即新物種出現的位置。

他們在系統發育樹上共發現三個這樣的「出芽點」：第一個發生在一千五百萬年至一千八百萬年前之間的北美洲；

另外兩個發生在一千一百萬年前至四百萬年前之間，來自西班牙國家自然科學博物館的研究者之一 ，María Teresa Alberdi告訴我們這段時間「海平面的變化使得它們（馬）能從北美遷移到歐亞大陸和非洲大陸」。

研究者們希望能夠通過對這些形成新物種速率快的「出芽點」和新物種形成速率慢的時間點進行比較，發現反映出「適應性輻射」的化石證據。

適應性輻射是演化生物學上描述物種是如何演化出新的性狀，比如牙齒和體型大小，從而適應新環境的一個過程。

但當該團隊嘗試匹配不同速率的物種多樣化事件與牙齒和體型大小的主要變化時，他們發現體型演化速率從始至終幾乎是不變的，而牙齒的演化速率甚至在新物種形成速率高的位置有所減緩。

並未參與此次研究工作的弗羅里達大學的古生物學家Bruce Mac Fadden在接受Science News採訪時發表了意見：「傳統觀念認為的新物種快速分化的同時也伴隨著表型的變化，由此受到了衝擊。」

該研究團隊認為，儘管馬很久以來一直作為適應輻射的一個範例，但現有證據都表明它們經歷了完全相反的過程。

正如 Jana Howden 在 Cosmos 的文章里所解釋的：

「他們（研究人員）發現，遷移方式以及環境的變化驅動了新性狀的形成，這與流行的演化理論所認為的新性狀（例如更大的牙齒或者更厚的皮毛）先形成，才使物種隨後得以進入新的環境生態位完全相反。」

「我們過去總是認為物種只有通過適應新的環境才能達到物種豐富，但是，在馬的例子中則看起來像是新的物種先出現，然後解剖學的結構才發生改變。」來自澳洲莫納什大學的演化生物學家 Alistair Evans 向 Jana Howden 這樣說道。

研究者們傾向於這樣一個解釋：馬有可能在演化事件發生之前就改變了它們自身，從而導致了它們牙齒結構的改變。又或者，特別廣闊的草原使得對資源的競爭很小，從而缺乏推動新性狀激增的動力。

我們所知道的是，曾經對馬的演化所做假設的不被現有證據所支持，這適時地提示我們，通常真實的情況遠比現有理論所揭示的要複雜。

正如 Cantalapiedra 所說，「我們很容易在看到一些變化的時候，比如體型大小的變化，就想當然地認為『哦，這是適應性輻射』，但事實上並不是我們看到的那樣。」

該研究發表在Science雜誌。

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論文信息

題目Decoupled ecomorphological evolution and diversification in Neogene-Quaternary horses

作者J. L. Cantalapiedra, J. L. Prado, M. Hernández Fernández,M. T. Alberdi

期刊Science

發表日期10 Feb 2017

DOI10.1126/science.aag1772

摘要Evolutionary theory has long proposed a connection between trait evolution and diversification rates. In this work, we used phylogenetic methods to evaluate the relationship of lineage-specific speciation rates and the mode of evolution of body size and tooth morphology in the Neogene and Quaternary radiation of horses (7 living and 131 extinct species). We show that diversification pulses are a recurrent feature of equid evolution but that these pulses are not correlated with rapid bursts in phenotypic evolution. Instead, rapid cladogenesis seems repeatedly associated with extrinsic factors that relaxed diversity bounds, such as increasing productivity and geographic dispersals into the Old World. This evidence suggests that diversity dynamics in Equinae were controlled mainly by ecological limits under diversity dependence rather than rapid ecomorphological differentiation.

論文鏈接http://science.sciencemag.org/content/355/6325/627