4月來臨,當一些國家的人們準備拆開他們的複活節彩蛋時,科學家已經解決了自然界最大的犯罪案件之一,這是一起醞釀了200萬年的“彩蛋造假醜聞”。
在世界各地,不少鳥類會在其他物種的鳥巢中産下自己的蛋,進而順利逃避做父母的成本。這種生存方式被稱為巢寄生。它自然有很多優勢,但同時也帶來了不少挑戰,比如,如何“說服”或者說欺騙其他物種接受一個外來的蛋。
許多巢寄生鳥類都會模仿宿主的蛋的顔色和圖案,但是,有一些巢寄生鳥類會利用幾種不同的宿主物種,而不同物種的蛋看上去可能各不相同。那麼,一種巢寄生鳥類怎麼能同時模仿幾種完全不同的鳥蛋?這些寄生的僞裝者又是如何将這種能力傳給它們的後代的?
這些問題在一個多世紀以來一直困惑着科學家。現在,一組國際團隊的遺傳研究取得了重大突破。研究主要集中在寄生織雀(Anomalospiza imberbis)的鳥蛋模仿遺傳學上,這是一種采用寄生生活方式的鳥類物種,它們在非洲各地會利用許多種莺類幫助育雛。
但是,新發現表明,從進化角度來說,這種欺騙行為可能反而讓寄生織雀作繭自縛,如今,那些受害者可能反而在進化中占了上風。
母體遺傳
我們最熟悉的性别決定系統是XY,也就是我們和許多哺乳動物所采用的這種。在這一系統中,雄性是所謂的異配性别,帶有不一樣的X和Y兩條性染色體。
但鳥類和一些昆蟲則采用的系統則不一樣,被稱為ZW性别決定系統,與XY系統正好相反,帶有異配的染色體(ZW)的反而是雌性。
XY性别決定系統和ZW性别決定系統。(圖/原理)
團隊在尚比亞南部的一個研究地點以及尚比亞周邊社群收集到了大量實地資料。這片地區的寄生織雀會欺騙4個物種的草莺,造成了破壞性的影響。
研究團隊從屬于4個草莺物種的141個鳥巢中,收集了196隻寄生織雀的DNA樣本,并對它們基因組中的數千個短片段進行了測序。結果顯示,雌性寄生織雀正是通過雌性獨有的W性染色體,從母親那裡繼承了模仿宿主鳥蛋外觀的能力。
這種母體遺傳讓寄生織雀能夠規避從不同宿主養育的父親那裡繼承到的錯誤模仿基因的風險,是以使得雌性寄生織雀的不同譜系能夠進化出針對不同宿主物種的專門模仿。
同時,它們還懂得進一步讓鳥蛋變得更加多樣化,模仿宿主物種内至少幾種不同雌性的蛋的顔色和圖案的變異。
這種母體遺傳同時驗證了鳥類學家在1933年首次提出的假說。當時鳥類學家觀察到,歐洲的大杜鵑(common cuckoo)能以類似地方式模仿不同宿主物種的鳥蛋。
寄生織雀和宿主的雛鳥。(圖/劍橋大學)
精妙的模仿和僞裝讓很多宿主父母受到蒙蔽,錯誤地接受了寄生鳥蛋,而不會将它們扔出巢外。而年幼的寄生織雀通常會長得比宿主自己的雛鳥更快,那些可憐的親生骨肉往往很快會被餓死。這成了這些巢寄生的非洲鳥類成功的關鍵。
自然選擇的雙刃劍
然而,研究人員認為,這種長期建立的母體遺傳的遺傳結構,可能會反過來困擾寄生織雀。
在這種特殊的物種間共同進化的軍備競賽中,自然選擇創造了一把雙刃劍。雖然母體遺傳讓寄生織雀有能力利用多個宿主物種,但随着宿主進化出新的防禦措施,這可能會減緩它們進化出反适應的能力。
作為對僞裝者的反擊,不少宿主物種已經成了熟練的“品質管理者”,它們懂得仔細甄别,拒絕在顔色和圖案上不一樣的蛋。
特别是,寄生鳥類面臨着一個艱巨的挑戰,因為一些宿主物種反過來進化出各種各樣顔色和圖案特征的鳥蛋,具有驚人的多樣性,這有助于宿主區分自己的蛋和寄生鳥類的“赝品”。比如,研究中的4個草莺物種,都已經進化出了在自己的蛋上沉積出獨特“簽名”的能力,進而加強對入侵者的檢測。例如,褐脅鹪莺(Prinia subflava)産下的蛋帶有藍色、白色、紅色或橄榄綠色的底色,上面還有各種圖案。
但是,由于寄生織雀母體遺傳的局限,這些寄生鳥類卻無法重新組合由各個獨立的譜系進化出的僞造特征。比如,兩個譜系的寄生織雀母親已經成功進化出了藍色或紅色的鳥蛋,但它們似乎無法創造橄榄綠色的蛋所需的那種精确的色素混合。
寄生織雀模仿褐脅鹪莺鳥蛋的行為。照片顯示了寄生織雀的蛋(中間一圈)和常見宿主褐脅鹪莺的蛋(外面一圈),揭示了寄生織雀蛋的“赝品”所模仿的宿主蛋顔色和圖案的多樣性。然而,寄生織雀卻無法模仿一些褐脅鹪莺的深橄榄綠的鳥蛋(左上角)。這可能是寄生織雀的遺傳限制帶來的局限。(圖/劍橋大學)
在先前的一項研究中,科學家已經發現,在宿主的蛋中,橄榄綠色的比例已經變得越來越大,說明這是宿主物種加速進化的反擊。正如預期的那樣,團隊發現,這些宿主鳥類采用了一種不同于寄生織雀的遺傳過程,也就是雙親遺傳,傳遞給後代它們的“反詐騙”能力。
不确定的未來?
科學家表示,寄生織雀錯過了一種強大的進化新特征的來源,這可能讓它們在這場持續的軍備競賽中付出高昂的代價。它們遺傳模仿能力的方式出現了一處明顯缺陷,可能讓宿主的防禦變得更為有效,并限制了寄生鳥類的反應能力。
最壞的結果,宿主或許會進化出無法僞造的鳥蛋特征,這可能會迫使寄生織雀轉向其他“更傻更天真”的宿主物種。或者,寄生鳥類也可能越來越依賴年輕的宿主個體,因為這類個體還沒有完全學會創造自己的特征,而且沒那麼善于觀察發現不一樣的蛋。
這場漫長的進化軍備競賽似乎暫時出現了優勢方,但未來前路如何,自然選擇還會引出怎樣的故事,還很難斷言。
#創作團隊:
編譯:M ka
排版/設計:雯雯
#參考來源:
https://www.cam.ac.uk/stories/egg-forging-evolutionary-puzzle-cracked
#圖檔來源:
封面圖:University of Cambridge
首圖:University of Cambridge