蛇莓

跨物种出轨的跳甲

发布时间:2019/1/10 2:13:24   点击数:

动物界出轨(科学名词为配偶外交配)是常态,也不易被察觉,即使被人们视为爱情象征的鸳鸯也不能免俗。但是,跨物种的出轨就出大事了,例如,狮虎兽(狮和虎的杂交)、杂交斑马(斑马和马杂交)和骡子(马和驴杂交)的产生成了它们出轨行为的铁证。

著名的“生物学物种”概念认为:物种是种群内个体间可以随机交配,且不能和其它种群进行繁育的种群,也就是说,这个种群和其它种群存在生殖隔离。当然,这个物种概念仅适用于两性生殖的生物。前面几个例子当中,杂交后代几乎都是不可育的(即杂交产物不能再产生后代),因此,人们对狮和虎、斑马和马以及马和驴的物种地位并不质疑。

我们研究的跳甲也存在跨物种出轨的现象。这个研究系统主要包括Altica属的三种跳甲,即蓟跳甲、蛇莓跳甲和老鹳草跳甲,一般简称其为AC、AF和AV(note:和岛国邻居那啥啥没关系)。早在我博士后期间(年前后)就发现AF和AV在实验室条件下是可以杂交的。后来又发现,其实AC、AF和AV两两之间都可以杂交,并且杂交后代可以茁壮成长,还可以产生杂交二代(杂交一代交配产生)和回交代(杂交一代和亲本交配产生)。于是,对我的研究有一些了解的人常常提出疑问:你这是三个种?我觉得就是一个种吧?你怎么看“生物学物种”概念?

为了搞明白这个问题,近年来,我们围绕这三种跳甲开展了大量研究,发表了一系列灌水之作。目前,我们有诸多的证据说明它们是已经分化完全的独立物种。

形态特征:这个属的跳甲体长只有3-5毫米左右,蓝黑色,具有强烈的金属光泽,仅依靠外部形态几乎无法对这三个种进行种类识别。“外生殖器是判定昆虫物种的最后诉庭”(尽管对这句话不是%认可),三个种的雄性外生殖器具有细微而稳定的差异,当然,这个对于非专业人士其实不易把握。

生态学证据:寄主植物差异显著,AC、AF和AV分别取食刺儿菜、蛇莓和老鹳草(分别属于菊科、蔷薇科和牻牛儿苗科)。这三种跳甲食性专化非常强,例如,我们把AC和AF的寄主植物提供给AV,AV会拒绝“嗟来之食”直至饿死。AC和AF也是如此。因此,在北京地区,你可以根据跳甲取食的植物大胆地进行物种鉴定。有趣的是,杂交一代却可以取食两个亲本的任一种寄主植物完成生活史。

(图片来自网络,依次为:刺儿菜、蛇莓、老鹳草)

化学特征数据:跳甲表皮蜡质成分(碳氢化合物)具有物种特异性,也就是说,每种跳甲的表皮碳氢化合物成分和含量是不同的。可以作为鉴别物种的特征,当然,也可以作为物种分化的证据。

生殖隔离数据:虽然三个种两两之间杂交均能产生后代,但它们已经存在一定的“交配后生殖隔离”。例如,当AV作为母本AF作为父本时,所产卵的孵化率可高达66%(依然小于纯种的90%左右),而AF作为母本时所产卵的孵化率仅为1.2%。另外一种生殖隔离类型叫“交配前生殖隔离”,在实验室条件下,三个种两两之间可杂交,但在选择条件下同种交配比例远远高于种间交配比例,在自然条件下,跳甲“跨物种出轨”的发生率更低,说明它们已经产生了较为完善的交配前生殖隔离。

分子数据:短基因片段(包括线粒体基因和核基因)、线粒体基因组和转录组数据均支持三个种的物种地位。虽然AC和AV线粒体分化程度很低(大约0.7%),远远低于传统上认为的种间分化水平(在甲虫里面一般认为是2%,不同类群的标准差异很大),但明显存在物种特有的核苷酸位点,依然支持二者独立的物种地位。

我们推测,由于仅有少量的基因控制跳甲的取食偏好(我们的研究结果发现),导致寄主植物转移发生的概率大大增加,寄主植物发生分化后导致了空间生态位的隔离,就会大大减少不同种群个体相遇的机会;而寄主植物分化还会导致跳甲性激素成分的改变和交配选择行为的改变(我们的研究已经证实),这样,偶尔相遇的不同种群的个体也会相互嫌弃,难以擦出爱的火花,从而产生了行为上的隔离。这样,两个种群间的基因交流就会逐渐减少,进而导致了种群间生殖隔离的产生,进而产生新的物种。

其实,种间物种杂交并非个例。昆虫没有我们人类这么忠于爱情,不光滥交(和不同个体多次交配)现象严重,还时不常地玩个跨物种出轨。有统计估算表明,动物界多达10%的物种存在野外杂交现象(和不同物种的异性有染),针对昆虫没有人专门估算过,估计不会低于这个比例。

对于“生物学物种”概念,其定义的措辞似乎还可以进一步斟酌,既应该强调生殖隔离的存在,也不宜否认物种间基因交流的客观性。

薛怀君

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