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《系统生物学》:趾垫的进化塑造蜥蜴的多样性
时间:2021-08-10 08:58:20

许多蜥蜴是了不起的攀爬者。它们锋利、弯曲的爪子是附着在树干、岩石和其他粗糙表面的理想选择。然而,在危险的树顶世界充满了滑溜溜的树叶和不稳定的树枝,而三组奇特的蜥蜴却拥有非凡的进化后的器官:它们的手指和脚趾上都有带粘的趾垫。

趾垫在壁虎、天牛和阿诺里斯蜥蜴中独立进化,产生了这些专门适应森林树冠生活的树上杂技演员。科学家们一直认为粘趾垫是一种"进化的关键创新",它使树栖蜥蜴能够以许多无垫蜥蜴无法做到的方式适应环境。

然而,一些没有趾垫的蜥蜴却采用了树冠层的生活方式,这一观察让科学家们困惑了几十年。圣路易斯华盛顿大学的生物学家Aryeh Miller和James Stroud开始寻找有脚垫的蜥蜴相对于没有脚垫的蜥蜴是否有在树上生活的进化优势。

他们分析了全世界2600个蜥蜴物种的数据,发现尽管数百种不同类型的蜥蜴已经独立进化出树栖生活方式,但拥有粘趾垫的物种占上风。

"拥有趾垫的蜥蜴在树栖环境中具有更大的生态优势,"华盛顿大学进化、生态学和人口生物学项目的研究生、该研究的主要作者Miller说。"趾垫基本上是蜥蜴获取新资源的一种生物超能力,而没有趾垫的蜥蜴则不能。"

"我们发现,有粘脚的蜥蜴在树栖环境中占主导地位。一旦适应了树上的生活,它们就很少离开,"Stroud说,他是文理科的博士后研究助理,是论文的资深作者。"相反,没有粘趾垫的蜥蜴经常从生活在树上过渡到生活在地面上"。

该研究发表在《系统生物学》上。

趾垫的进化塑造了蜥蜴的多样

科学家们长期以来一直想知道关键创新的起源在随后的进化多样化中发挥的作用。华盛顿大学William H. Danforth特聘大学教授、文理学院生物学教授兼Living Earth Collaborative主任Jonathan Losos说:"蜥蜴是进行此类研究的优秀生物类型,因为它们的物种丰富度极高,解剖学变化和栖息地利用的程度令人难以置信。"

利用最公布的全球几乎所有蜥蜴物种的栖息地使用数据库,研究人员能够在蜥蜴栖息地使用的背景下对趾垫进化进行全面分析,哪些蜥蜴生活在树上,哪些不生活在树上的进化关系第一次变得清晰。

"Miller和Stroud开发了一种优雅的新方法来理解这种多样以及解剖学进化在塑造蜥蜴种类的巨大多样中所发挥的作用。这项工作将成为研究许多类型的植物、动物和微生物的研究人员的典范,"Losos补充说。

领导这项分析的Miller首次发现,在成千上万的蜥蜴中,物种至少有100次在树上专门生活的进化。换句话说,从进化上来说,一只蜥蜴成为一只树上的蜥蜴是很容易的。

困难的是“坚持下去”,趾垫是在蜥蜴进入树上之后才进化的,而不是之前。而且无垫子的蜥蜴会以很高的频率离开树木,比有垫蜥蜴高得多。

Stroud说:"有数百种蜥蜴生活在树上,但随着进化时间的推移,其中许多物种最终离开了地面上的生活,因为据推测,它们与这些有垫子的蜥蜴相互作用,具有更大的优势"。

这项研究的下一步是找出有垫子的蜥蜴到底能做什么,而它们的无垫亲属却不能。科学家们可以通过观察这些动物在其自然栖息地的情况来了解这方面的情况。

Miller说:"分析进化关系可以告诉我们很多,但接下来我们需要到大自然中去--看看蜥蜴使用环境的哪些部分以及为什么存在这些进化关系。"

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