我们星球上生命演化的复杂历史催生了无数怪异而奇妙的生物,但没有一种生物能像螃蟹一样让进化生物学家(或分类学家)感到兴奋。
今年早些时候,当研究人员试图调和螃蟹的进化史时,他们得出的结论是,螃蟹的特征在过去 2.5 亿年里至少进化了五次。
更重要的是,脾气暴躁已经丢失的可能七次或更多。
这种类似螃蟹的身体结构的反复进化发生得如此频繁,它有自己的名字:癌化。 (是的,如果你在进化中失去了暴躁,这就是所谓的脱癌。)
青蛙蟹(Raninidae)是一个不寻常的例子。蟹体结构的特征在几乎没有腿的波多黎各沙蟹的过程中也消失了(波多黎各名誉教授)和各种不平衡的寄居蟹——但是然后红帝王蟹在进化的最后一刻恢复了暴躁的特征。
波多黎各沙蟹。 (米歇尔·巴罗斯·萨尔门托范围/iNaturalist/CC BY-NC 4.0)
为什么进化不断地创造和塑造螃蟹般的身体结构仍然是一个谜,尽管进化一定在一次又一次地塑造螃蟹生物方面做了正确的事情。
螃蟹有数千种,几乎在地球上的每一个栖息地都繁衍生息,从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(蚕豆),尺寸仅为毫米,而最大的,日本蜘蛛蟹(山坎螯虾),从爪到爪跨度近 4 米(约 12 英尺)。
螃蟹物种丰富,体型多样,化石记录丰富,是研究生物多样性随时间变化趋势的理想群体。但在螃蟹的混乱中找到秩序是一项持续的挑战。
螃蟹到底是什么?
事情变得更奇怪了,因为可以这么说,并不是每只螃蟹都是螃蟹。有“真正的”螃蟹,例如青蟹和梭子蟹。然而,我们也有所谓的假蟹,例如腹部呈螺旋形的害羞寄居蟹,或长满尖刺的帝王蟹。
真蟹和假蟹之间最明显的区别是它们有多少条行走腿:真蟹有四对细长的腿,而假蟹只有三对,后面还有一对细长的腿。
真蟹和假蟹都各自独立地进化出了宽、平、坚硬的上壳和卷起的尾巴,来自一个没有这些特征的共同祖先,建议进行分析该研究于 2021 年 3 月发表,由哈佛大学进化生物学家乔安娜·沃尔夫 (Joanna Wolfe) 领导。
但真假螃蟹分裂之后,却并不是一条坦途。沃尔夫及其同事认为,在过去的 2.5 亿年里,进化创造并重塑了螃蟹:在真螃蟹的进化过程中发生过一两次,在假螃蟹的进化过程中至少发生过三次。
螃蟹长期以来一直困扰着分类学家,他们总是错误分类由于它们惊人的相似性,物种被分为真蟹或假蟹。
除了弄清楚物种在生命之树中的位置之外,准确了解进化创造出类似螃蟹的身体形态的次数以及原因,还可以揭示驱动趋同进化的一些因素。
螃蟹专家、沃尔夫的合著者希瑟·布拉肯-格里森(Heather Bracken-Grissom)表示:“这种像螃蟹的形状必须有某种进化优势。”告诉2020 年的《科普》,当时癌症导致互联网陷入混乱。
— lolennui.bsky.social (@lolennui)2020 年 10 月 13 日疲倦:趋同进化并不罕见,特别是当物种在其环境中具有相似的选择压力时
连线:🦀一切🦀都是🦀螃蟹🦀
与许多学科一样,进化生物学家有很多想法,但对于癌化没有确切的答案。由于过去的研究焦点集中在选定的螃蟹物种上,“螃蟹身体计划进化的不严谨历史必须得到调和”,该团队写。
首先,三名研究人员从现存物种和化石中收集了有关螃蟹形态、行为和自然历史的数据,并确定了遗传数据中的空白,这可能有助于解决令人困惑的进化关系。
“螃蟹生命之树上几乎一半的树枝仍然是黑暗的,”他们写。
大多数癌化的螃蟹都会长出坚硬的钙化壳来保护自己免受捕食者的侵害——这是一个明显的优势——但随后一些螃蟹出于未知的原因放弃了这种保护。
侧向行走虽然看起来很傻,但这意味着螃蟹非常敏捷,一旦有捕食者出现,它们就能迅速从任一方向退出,而不会失去捕食者的视线。但并非在所有癌化谱系中都观察到侧向行走(有向前行走的蜘蛛蟹),一些未癌变的寄居蟹也可以侧向行走。
一些螃蟹进化出超大的爪子,在生态军备竞赛中成为碎壳捕食者,这也不能完全解释早期螃蟹进化的时间或成功。
(乔安娜·沃尔夫)
多于:系统发育树显示了癌化和脱癌分支的示例,彩色点表示分支上的特征。
就像科学中的任何事情一样,一切都没有解决,进化将继续其快乐的方式。尽管有关活蟹和化石蟹物种的基因组信息越来越多,但请放心,分类学家们不断地拼凑在一起是什么造就了螃蟹,螃蟹。
这“将使我们能够解决‘螃蟹’身体形态随时间的多重起源和消失,并确定关键进化新奇和身体计划的起源时间,”说沃尔夫。
更重要的是,研究螃蟹为进化侦探提供了诱人的前景,他们认为有可能根据环境因素和遗传线索预测进化所形成的可预测形状。
“检查螃蟹的进化提供了 2.5 亿年前的宏观进化时间尺度,有了足够的系统发育和基因组数据,我们也许能够预测由此产生的形态,”说布雷肯-格里森。
螃蟹状的形状可能是一个安全的选择。
该论文发表于生物论文。