我們星球上生命演化的複雜歷史催生了無數怪異而奇妙的生物,但沒有一種生物能像螃蟹一樣讓演化生物學家(或分類學家)感到興奮。
當研究人員在 2021 年發表的一項研究中試圖調和螃蟹的進化史時,他們得出的結論是,螃蟹的特徵在過去 2.5 億年中至少進化了五次。
更重要的是,脾氣暴躁已經遺失的可能七次或更多。
這種類似螃蟹的身體結構的反覆進化發生得如此頻繁,它有自己的名字:癌化。 (是的,如果你在進化中失去了暴躁,這就是所謂的脫癌。)
青蛙蟹(Raninidae)是一個不尋常的例子。 蟹體結構的特徵在幾乎沒有腿的波多黎各沙蟹的過程中也消失了(波多黎各名譽教授)和各種不平衡的寄居蟹——但是然後紅帝王蟹在演化的最後一刻恢復了暴躁的特徵。
波多黎各沙蟹。 (米歇爾·巴羅斯·薩門托·伽馬/iNaturalist/CC BY-NC 4.0)
為什麼進化不斷地創造和塑造螃蟹般的身體結構仍然是一個謎,儘管進化一定在一次又一次地塑造螃蟹生物方面做了正確的事情。
螃蟹有數千種,幾乎在地球上的每個棲息地都繁衍生息,從珊瑚礁和深海平原到小溪、洞穴和森林。
螃蟹的尺寸也令人印象深刻。 最小的是豌豆蟹(蠶豆),尺寸僅為毫米,而最大的,日本蜘蛛蟹(山坎螯蝦),從爪到爪跨距近 4 公尺(約 12 英尺)。
螃蟹物種豐富,體型多樣,化石記錄豐富,是研究生物多樣性隨時間變化趨勢的理想群體。 但在螃蟹的混亂中找到秩序是一個持續的挑戰。
螃蟹到底是什麼?
事情變得更奇怪了,因為可以這麼說,並不是每隻螃蟹都是螃蟹。 有“真正的”螃蟹,例如青蟹和梭子蟹。 然而,我們也有所謂的假蟹,例如腹部螺旋形的害羞寄居蟹,或長滿尖刺的帝王蟹。
真蟹和假蟹之間最明顯的區別是它們有多少條行走腿:真蟹有四對細長的腿,而假蟹只有三對,後面還有一對細長的腿。
真蟹和假蟹都各自獨立地進化出了寬、平、堅硬的上殼和捲起的尾巴,來自一個沒有這些特徵的共同祖先,建議進行分析該研究於 2021 年 3 月發表,由哈佛大學演化生物學家喬安娜·沃爾夫 (Joanna Wolfe) 領導。
但真假螃蟹分裂之後,並不是一條坦途。 沃爾夫及其同事認為,在過去的 2.5 億年裡,進化創造並重塑了螃蟹:在真螃蟹的進化過程中發生過一兩次,在假螃蟹的進化過程中至少發生過三次。
螃蟹長期以來一直困擾著分類學家,他們總是錯誤分類由於它們驚人的相似性,物種被分為真蟹或假蟹。
除了弄清楚物種在生命之樹中的位置之外,準確了解進化創造出類似螃蟹的身體形態的次數以及原因,還可以揭示驅動趨同進化的一些因素。
螃蟹專家、沃爾夫的合著者希瑟·布拉肯-格里森(Heather Bracken-Grissom)表示:“這種像螃蟹的形狀必須有某種進化優勢。”告訴2020 年的《科普》,當時癌症導致網路陷入混亂。
— 艾米 A (@lolennui)2020 年 10 月 13 日疲倦:趨同演化並不罕見,尤其是當物種在其環境中具有相似的選擇壓力時
連線:🦀一切🦀都是🦀螃蟹🦀
與許多學科一樣,演化生物學家有很多想法,但對於癌化沒有確切的答案。 由於過去的研究焦點集中在選定的螃蟹物種上,“螃蟹身體計劃進化的不嚴謹歷史必須得到調和”,該團隊解釋了。
首先,三名研究人員從現存物種和化石中收集了有關螃蟹形態、行為和自然歷史的數據,並確定了遺傳數據中的空白,這可能有助於解決令人困惑的演化關係。
“螃蟹生命之樹上幾乎一半的樹枝仍然是黑暗的,”他們寫。
大多數癌化的螃蟹都會長出堅硬的鈣化殼來保護自己免受捕食者的侵害——這是一個明顯的優勢——但隨後一些螃蟹出於未知的原因放棄了這種保護。
側向行走雖然看起來很傻,但這意味著螃蟹非常敏捷,一旦有掠食者出現,它們就能迅速從任一方向退出,而不會失去掠食者的視線。 但並非在所有癌化譜系中都觀察到側向行走(有向前行走的蜘蛛蟹),一些未癌變的寄居蟹也可以側向行走。
有些螃蟹進化出超大的爪子,在生態軍備競賽中成為碎殼捕食者,這也不能完全解釋早期螃蟹進化的時間或成功。
系統發育樹顯示了癌化和脫癌分支的範例,彩色點表示分支上的特徵。 (喬安娜·沃爾夫)
就像科學中的任何事情一樣,一切都沒有解決,進化將繼續其快樂的方式。 儘管有關活蟹和化石蟹物種的基因組資訊越來越多,但請放心,分類學家們不斷地拼湊在一起是什麼造就了螃蟹,螃蟹。
這“將使我們能夠解決‘螃蟹’身體形態隨時間的多重起源和消失,並確定關鍵進化新奇和身體計劃的起源時間,”說沃爾夫.
更重要的是,研究螃蟹為進化偵探提供了誘人的前景,他們認為有可能根據環境因素和遺傳線索預測演化所形成的可預測形狀。
「檢查螃蟹的進化提供了 2.5 億年前的宏觀進化時間尺度,有了足夠的系統發育和基因組數據,我們也許能夠預測由此產生的形態,」說布雷肯-格里森。
螃蟹狀的形狀可能是安全的選擇。
該論文發表於生物論文。
本文的早期版本於 2022 年 1 月發布。