特殊蚂蚁物种可根据居住地改变头部形状,科学家:演化不是一条单行道

演化(evolution)是自然界所有奇妙生物的来源,为了适应所处的环境,各种生物演化发展出不同的特征来维系生存,过去人们往往认为特征演化是一条“单行道”,会让各物种朝专业化方向迈进,但美国针对一种特殊蚂蚁的新研究显示,事情并不总是如此,有些时候,演化也会让一些物种回到更普遍的阶段。

《美国国家科学院院刊》(PNAS)刊载的论文,研究团队特别研究称为“乌龟蚂蚁”的Cephalotes。这种住在树上蚂蚁的兵蚁有著名特征:异常巨大的头部,用来堵住巢穴入口,就像货真价实的“活门”。

特别吸引生物学家注意的是,并非所有Cephalotes物种的头部形状都相同。有些物种兵蚁头部就像人孔盖,刚好够封住巢穴入口,一些则拥有便于堆栈的方头,它们会组成联合封锁线,就像描写古代战争的影视作品经常出现的盾牌阵。

因应巢穴入口大小不同,Cephalotes兵蚁有不同头型与防御策略。(Source:PNAS论文CC BY-NC-ND)

除形状外,Cephalotes兵蚁头部大小差异也相当大,最多能有近4倍差异,为了帮助人们体会这种差异程度,乔治华盛顿大学生物学家、研究主要作者Scott Powell形容,就像“最小的能舒适坐在最大兵蚁的头上”。

这种头部形状变化不仅展现自然界怪异的一面,也展现物种是如何演化适应生态位(Ecological niche)。

洛克菲勒大学社会进化与行为实验室负责人Daniel Kronauer指出,人们通常会认为一旦某个物种“专业化”,就会陷入非常狭窄的领域,但其实海龟和蚂蚁都有非常动态的进化轨迹,从一些有趣例子可以看到它们进化的多次来回。

由于Cephalotes不会挖地道,通常是搬进甲虫挖出的树洞,因此Cephalotes兵蚁的头部形状和大小会取决于群体占据的信道类型;为了适应各式各样的房子,它们会迅速多样化好占领巢穴。

也因此研究人员只需观察Cephalotes兵蚁头围大小与形状,便可以大致明白该群体居住的树洞入口是什么样子,就像Kronauer形容:几乎完全1:1的黄金比例。

为了考察头部形状的进化历程,研究人员先是根据头部形状(方形、圆拱形、盘形、碟形)将89种Cephalotes分组,包含一些没有兵蚁的物种,接着再使用先前收集的物种遗传消息检查这些群体间的进化关系。

如果演化是条单行道,那么约在4,500万年前出现的第一批Cephalotes应该没有兵蚁,后续才逐渐专门化发展;从什么都适用的方头,到像为房子量身打造的盘子头,但研究分析显示情况并非如此。

事实上根据研究人员的研究,目前可追溯到Cephalotes物种最古老的共同祖先可能是方头,接下来才逐渐演变成各式各样形状,在某些情况下甚至成为没有兵蚁的群体,或演化回像一般蚂蚁的普通头部。

Powell认为,这项发现充分展现自然界惊人的灵活性。为了适应所处环境,生物体形状能快速大幅改变,“进化能发挥的空间实际上比以前想象要大多了”。

(首图来源:Flickr/Thomas ShahanCC BY 2.0)

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