结构生物化学/物种形成
物种形成是一个旨在描述不同物种形成方式的术语。这非常重要,因为它解释了最初的共同祖先是如何分化成今天存在的众多物种的。
生物物种概念旨在通过考察物种杂交并产生可育后代的可能性来解释物种形成。换句话说,如果物种能够交配并生育健康的、可育的后代,那么这将不会导致物种形成,但如果有什么阻止了这种杂交,那么新的物种就会出现。
生殖隔离是由于物种内部缺乏杂交而导致新物种出现的一个例子。导致生殖隔离的因素可能是机械上的差异,这意味着这两个物种可能无法成功地进行物理交配。行为差异也会导致物种之间缺乏交配。
形态物种概念试图通过考察物种之间结构的相似性来解释物种形成。
这方面的一个例子是哺乳动物的前肢。人类、猫、鲸鱼和蝙蝠都有相似的前肢。
正是通过这些形态结构的相似性,科学家们才能推断出某种包含这些结构的共同祖先,并由此推断出物种形成发生在哪里。当然,对于蝙蝠和人类来说,推断这一点要困难得多,但在很多情况下,这一概念可以更直接地应用。例如,不同种类的雀类由于喙的大小和形状不同而有所区别。
系统发育物种概念旨在通过考察物种的遗传历史来解释物种形成。在这种方法中,将比较生物体的物理特征和分子序列,以找到具有独特遗传历史的生物体集合。因此,遗传差异足够大的个体群体是不同的物种。这种分析具有一些优势,例如,它可以应用于所有类型的生物体,包括无性繁殖的生物体,如细菌。此外,还可以识别出姐妹物种,即在形态学分析中无法区分的非常相似的物种。系统发育物种分析也有一些缺点。例如,大多数生物体没有可用的良好系统发育,而且尚不清楚多少遗传差异代表了长期的隔离,从而导致物种形成。[1]
为了识别物种形成,必须对物种有一个定义。物种是指基因可以流动的种群群体,其后代的适应度与亲代相同。随着进化的进行,基因流最终在某个种群与整个物种之间停止。当某个种群经历基因频率的改变时,它可能会完全分化,直到它在生殖上与它所分化出的物种的其他种群不同。这被称为系统发育进化或祖先进化。或者,该种群可能会演化成两个不同的物种,这两个物种同时存在。这被称为真正的物种形成或分支进化。
分支进化发生是因为生殖隔离机制阻止了两个亚种群之间的杂交。这种生殖障碍可能是由于
1) 某个物理障碍将种群的一部分隔离起来
2) 某个亚种群在该物种以前未占据的新的生态位中建立起来
3) 在某个亚种群迁徙到新的生态位之前,该种群中建立起了多态性
物种形成涉及某个种群亚群中的遗传转化,使新的种群无法与原始种群繁殖后代。如果由于物理障碍的隔离而导致生殖障碍,那么被隔离的种群可以进化并发展成一个新物种。这个过程被称为异域物种形成。长期以来,这被认为是物种形成的主要模式。物种形成也可能发生在某个亚种群迁徙到新的生态位时。这被称为同域物种形成,这种过程似乎被一些一年生植物采用。
物种形成的最后一种形式被称为同域物种形成。这种类型的物种形成发生在占据与物种其余部分相同生态位的某个亚种群发展出独特的突变,阻止它与原始种群交配时。这个新物种可能具有生态优势,使其能够在同一生态位中建立为一个物种。这种物种形成方法的一个很好的例子是新的盐沼物种Spartina townsendii的形成,它源于S. alterniflora和S. maritima,但与任何亲本物种都无法进行生殖。这个新物种比任何亲本物种都更适合荷兰的沿海地区,并且能够在该生态位中更好地建立起来。
目前,关于物种进化导致物种形成的方式,有两个公认的理论。这两个理论分别是渐变论和间断平衡论。这两个理论之间的差异主要在于物种形成可能在某个特定生物体中发生的时间尺度。
渐变论认为选择和变异以更渐进的方式发生。换句话说,在短时间内,很难识别出正在发生的改变,无论是表型还是遗传上的改变,而适合生物体的微小变异会逐渐变得更适合其环境。在很长一段时间内,人们可以识别出这种改变,并可能导致随后的物种形成。
间断平衡论则认为改变是突发的。有一段时期几乎没有变化,然后发生了一次或几次巨大的变化。这通常是通过单个生物体基因组中的突变发生的。突变是 DNA 序列的随机改变,这些改变不是从之前的亲代遗传来的。虽然有些突变是有害的,但有些突变被证明对生物体周围环境有利,并被自然选择。一旦被选中,物种形成就会随之而来,永远改变生物体,使其更好地适应其环境。
1.Campbell, Neil A. (2005). 生物学. Pearson. ISBN 0-8053-7146-0. {{cite book}}
: Check |isbn=
value: checksum (help); Text "coauthors+ H.C. Van Ness, M.M. Abbott" ignored (help)
http://www.globalchange.umich.edu/globalchange1/current/lectures/speciation/speciation.html
Berg, Jeremy M., John L. Tymoczko, and Lubert Stryer. Biochemistry. 6th ed. New York: W. H. Freeman and, 2006. Print.