拟态是怎么进化出来的?

拟态是怎么进化出来的?

在观察生物的性状,感慨了它们以何等精巧的构造适应了各自的环境之后,许多人都会不明就里地发出疑问:是谁设计了这一切?

当然,造物主是不存在的,这一切都是进化的功劳——但是又有另一种疑问接踵而来:生物没有人类这样复杂的智慧,又怎么知道自己该如何进化?

答案是生物既不知道也不需要知道,一切都是随机突变和自然选择的结果,拟态的进化就是最好的例子。

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-文字稿-

我们刚刚介绍过自然界的拟态现象,这样的例子非常多,比如这种核桃美舟蛾(Uropyia meticulodina)在北京就能见到,它们的前翅宽阔而平整,但渐变色的图案就仿佛卷起来的枯叶或树皮——这种强迫透视在昆虫的伪装中并不罕见,所以有人惊叹:小小一只虫子,怎么可能懂得光影的关系,比我画的素描还像——这难道不是智能设计的铁证?

恰恰相反,伪装图案是最容易用进化解释。首先最根本的,一个受精卵分裂分化出许许多多的细胞,这整个过程都有着精密的调控,其中最重要的调控依据就是细胞的位置,或者说与周围细胞的关系——比如往期节目中观察过的,前肢末端的细胞将根据音猥因子的梯度决定自己分化成哪根手指。

其次更加重要的:进化中的基因突变虽然总是非常细微,但这些突变对生物图案的影响却可以非常剧烈。

一个最著名的例子是英国的桦尺蠖:在 19 世纪以前,所有的桦尺蠖都是带有黑斑的灰白色,正如桦树皮的材质,后来工业革命的煤烟把许多桦树皮染成了黑色,于是在1848 年,桦尺蠖突然出现了黑色变种,并在1个世纪之内就成为了绝对主流,重新避开了天敌的视线。

比较了DNA序列之后,我们发现这些黑色桦尺蠖与翅膀发育有关的基因中中被一个转座子插入了一小段重复序列,结果就是令它们整个翅膀都被黑色素细胞覆盖了。

我们还见过另一个更加极端的例子:狐眼袖蝶(Heliconius numata)的翅膀有7种可能的图案,分别对应苹绡蝶属(Melinaea)的7个物种,使它们在所有的环境中都能联合警戒——而这样精巧的穆氏拟态只动用了一组等位基因。

要理解基因突变在生物图案上的少量高效也并不困难:我们很早以前曾经介绍过冯 · 诺依曼的“细胞自动机”(cellular automaton),它就是许多方格,每个方格都根据周围其它方格的颜色,按照一套规则在每个回合结束时变色,由此产生的丰富图案就是输出。

对于这样的系统,即便初始条件完全一样,只要变色规则稍有差异,就会在若干回合之后产生大相径庭的结果——比如现在这一列图案就是从纯黑背景中央的一个白点开始,在8 × 8的格子上用64个不同的细胞自动机经62个回合算出来的结果。

而在极大程度上,生物图案的形成也是这样一种细胞自动机:基因的一点突变,就能让同一团细胞分化出千姿百态的图案,从毫无意义的图案到惟妙惟肖的伪装并不需要多少改动,这就让自然选择变得高效起来。

就以中国南方的铃钩蛾属(Macrocilix)来说,它们常常拟态成鸟粪:台湾铃钩蛾(Macrocilix taiwana),只是依稀有些鸟粪色调的斑点,这个物种有时也被分入临近的波纹钩蛾属,称为台湾波纹钩蛾(Sewa taiwana)

哑铃钩蛾(Macrocilix mysticata)的拟态就更成功,仿佛三条鸟粪,而宽铃钩蛾(Macrocilix maia)拟态得最像,翅上的图案像极了泼溅的鸟粪,还有一大块随粪便排出的尿酸呢。

所以最后我们还是要总结说:生物拟态不但丝毫没有超越进化的范畴,反而是进化论最典范的案例,基因层面的微小变化改变了宏观上的性状,进而影响了物种适应环境的能力,优胜劣汰,适者生存。

发布于 2018-03-26

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