动物进化原理讲解(动物为什么可以)(1)

南美安第斯高山蜥蜴采取活体方式产下后代

动物也可以向祖先的方向进化,科学家曾经认为这是不可能的事情,但是新的基因分析表明,蜥蜴,青蛙甚至我们人类均会发生这种现象。

南美安第斯山脉的高山之上,一只怀孕的蜥蜴在岩石上爬行。突然,她停下来,展开后腿。随后,一个小生命从其体内伸出,包裹在透明的薄膜中,母亲立即将薄膜撕开。十五分钟后,三只“婴儿”蜥蜴就开始四处跑动了。

3000万年前,南美安第斯蜥蜴完成了戏剧性的进化,开始产下活的后代而不是产卵孵化。

蜥蜴生物学上的变化是如此巨大,以至于科学家们过去曾经认为它不可能再回到卵生。然而,智利和澳大利亚科学家在2018年进行的一项新研究却表明,某些品种的蜥蜴物种又开始卵生。

这种变化似乎表明,进化可能会比我们以前想象的更加复杂与多变,动物可以重获其祖先在1亿年前或更久以前失去的特征。

多洛定律

1890年,比利时古生物学家路易斯·多洛提出,进化是不可逆的,这就是进化论中著名的“多洛定律”。也就是说,动物在进化过程中丢弃的结构或功能不会再出现在该生物体中。蜥蜴从卵生到胎生再重新返祖为卵生证明,多洛定律并非金科玉律。

从本质上讲,动物的重大进化变化,例如南美蜥蜴从卵生转变为活产后代是非常正常的。蛇失去了双脚,人类向尾巴说再见,企鹅也不再飞翔也是如此。新的环境条件会使动物的一些身体部件要素变得多余或不便,因此动物有时会通过进化以摆脱它们。

恢复失去的功能似乎需要一个非常不可能的进化过程,在该过程中,一系列改变的基因必须变回原来的版本。以蜥蜴来说,遗传变化将是可观的。从产卵到生下活体后代的转变需要蜥蜴重组产道,卵壳变得更薄,胎盘发育以及免疫系统也需要发生变化,这样雌性蜥蜴才不会将小蜥蜴视为为异物。

族谱是我们了解动物现在和过去的关键。例如,族谱可以告诉我们,哺乳动物祖先都有毛,因此,人类必须来自毛茸茸的动物。南美蜥蜴的祖先之前也是卵生的,但进化过程中,它们已经从卵生变成了胎生,然后又再次回到卵生。

动物进化原理讲解(动物为什么可以)(2)

基因研究发现了安第斯蜥蜴返祖进化的原因

科学家们对南美蜥蜴进行了258种基因研究,获得了它们的族谱。他们发现,安第斯蜥蜴从卵生到活体产下后代的转变是在3000万年前安第斯山脉隆升时发生的。山脉的升高也将当地蜥蜴抬得很高,以致周围的空气变冷。而寒冷对在母亲体外的卵中发育的胚胎具有致命性。

因此,安第斯蜥蜴开始将其胚胎保留在胃中,直到胚胎发育完成。卵壳被一个薄膜代替,后代在出生时就可以存活下来。后来,一些蜥蜴到了山脚较暖的低地,温度上升足以令其再次进化为卵生。

动物进化原理讲解(动物为什么可以)(3)

下颚发育出牙齿的蛙类

蜥蜴只是违反多洛定律的一个例子。 2011年的一项研究表明,在世界6000多种蛙类当中发现了一种在下颌发育出了牙齿的品种。早在2.25亿年前,蛙类的祖先就丧失了这一特征。

人类似乎也违反了多洛定律。在8900万年前,我们的背部顶部的两块肌肉合并成一块。但是几百万年前,这一进化发生了倒退,该区域的肌肉又被一分为二。

“返祖进化”只是失活的基因在一定的环境因素下重新激活了

所有这些违反多洛定律的行为都迫使科学家重新思考进化,并试图地找出造成“返祖进化”的原因。他们认为,在许多情况下,这些基因仍然完整无缺,只是失活了。只要基因是完整的,就可以重建丢失的特征。

科学家在鸟类中发现了这种现象。鸟类在六千万年前失去了牙齿,但是大多数鸟类可以产生牙齿的基因仍然具有完整的功能。通过只改变一个基因,科学家就可以激活所有这些基因,并使鸟类再次长出牙齿。尽管牙齿缺失了,但它们的牙齿基因仍可能存活下来,因为这些基因在动物体内也具有其它有用的功能。绝大多数基因参与一个以上的过程,

它们可以在多种类型的组织中发挥作用。鸟类的牙齿基因可能在羽毛和其它地方继续发挥重要作用,即使它们在鸟类嘴中不再起作用。

基因活性的改变而不是基因本身的改变似乎也是蜥蜴从产卵到活产再返祖为卵生的关键原因。 2019年,一个国际科学家团队研究了两种中国蜥蜴,一种产卵,而另一种则活产后代。科学家们确定了两种蜥蜴相关的负责基因,并对其进行了研究。令他们惊讶的是,从产卵到活产后代的遗传学改变其实并不是很复杂,两种蜥蜴之间的差异主要是基因活性的差异。负责卵生的基因也存在于活产后代的蜥蜴中,但这种基因的表达相对于活产基因少得多。而且,由于相关基因仍然存在,回到产卵并不像以前认为的那么困难。反向的研究也证明了这一点。

科学家在一些蛇类身上也观察到这种现象。美国进行的一项研究表明,大多数蟒蛇都放弃了产卵,现在活体产下后代,但是生活在沙漠地区的“沙蟒”由于营养不足,导致该动物重新产卵。

蜥蜴根据栖息地的不同而采用两种策略。生活在海岸附近的蜥蜴采取产卵,但在山上的蜥蜴则选择活体生下后代。一个物种可以表现出如此不同的行为证明了动物可以出现重大的进化改变,但它们不会发生重大的基因变化。

动物进化原理讲解(动物为什么可以)(4)

长出后鳍的返祖海豚

一些返祖现象可以自然发生

动物和人类保留了遗忘已久或发育失落的身体器官,这一点在其胚胎发育过程中尤为明显。 鲸鱼和海豚都来源于四足的陆生动物,当在早期胚胎时,它们仍会发育出小的鳍。在绝大多数情况下, 鲸鱼和海豚的四肢在出生前就完全消失了,但也有例外。

动物进化原理讲解(动物为什么可以)(5)

长出尾巴的小孩

在人类中,可以在胚胎发育的第六周观察到尾巴。 它通常会消失,但是同样,也存在异常。 这些古老特征的保留使动物得以保留“逆向”进化的可能性。

一些科学家希望能够重现灭绝的物种,例如猛犸象或恐龙。其中一些返祖变化可能很简单,以至于在没有我们干预的情况下就可以自然发生,比如产卵蜥蜴和长出下颌牙齿的青蛙。

但另外一些突变则具体致命性。鸟类是从其恐龙祖先进化而来的,它们在此过程中发生了很大变化,它们失去了牙齿,但是如果对两个基因的活性进行小小的调整就可以使其恢复牙齿。科学家知道可以进行这种自然突变的调节,但是一旦进行这种干预,具有这种突变的鸟类胚胎永远不会孵化。

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