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多样性的神秘力量:甲虫和植物超级史诗大战

直到20世纪60年代,两位天才级生态学家 埃里希与雷文,提出生态学上的深刻理论:协同演化(Coevolution)。
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在 生物學上, 共演化是指「一項生物學的性質因另一項生物學的性質變化而隨之變化」。共演化可以發生在許多生理學上的層次,如 微觀下 蛋白質中 胺基酸之 序列,如 巨觀下不同生物的 性狀變化。在共演化的過程中,一項生物對另一項生物施予 天擇壓力,進而影響後者的 演化過程。不同物種之間的共演化現象包括了 宿主與 寄主的 寄生關係,以及許多隨時間生物發生 突變的例子。演化的過程常與 非生物因子有所關聯,如 氣候變遷,但這種演化過程並不屬於共演化(因為氣候並非生物且不隨生物演化的動力而改變)。共演化出現在許多種生理間的關係,如 捕食與被捕食關係、 共生關係、 寄生關係等,但仍有許多生物理關係則難以釐清,例如一個物種被其它多種物種影響而其中每個物種又個自受其它物種所影響。諸如此類複雜的演化過程被稱為 擴散式共演化(diffuse coevolution)。簡單的來說,共同演化是一場掠食者與獵物間永無止盡的。共同演化也包括寄主與寄生蟲間的演化, 互利共生 的行為可能會在這過程中發生。 共同演化的例子包括 風蘭類蘭花與非洲 蛾類間的 授粉關係。蛾類需要蘭花的 花蜜 生存,蘭花也要依靠蛾類散佈花粉以繁衍下一代。這種既競爭又互利的演化過程導致蘭花發展出極深的花冠,蛾類也相對應演化出極長的口器。 共同演化也發生於掠食者與獵物間,如 粗皮渍螈( Taricha granulosa)與帶蛇( Thamnophis sirtalis)間。蠑螈會在皮膚上分泌神經毒素,而 帶蛇則發展出對抗毒素的抵抗力(沒有毒素抵抗力的個體都被"選擇"掉了)。這樣的競爭演化結果導致蠑螈身上的毒素越來越毒,而帶蛇對於 神經毒素 的抵抗力也越來越強。 最初,共演化只是生物學上的概念,但已經被應用至其中相似的領域,如 電腦科學及 宇宙學 。 共演化的理論模型以 Leigh Van Valen所提出的 紅皇后假說最為知名,其內容為「在演化系統中,不斷地變化自己只為了維持自己與其它參與共演化生物之間的相對 適存度。」然而,為了強調 性別衝突的重要性,
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故事要从甲虫和植物长达3亿年的军备竞赛说起:
 
虽然花蜜需要昆虫传播,但是从植物生态说,大部分的昆虫都是害虫,它们只是咀嚼叶子🍃、掏空果实🍒,钻树干。被破坏的植物没法光合作用,也没法从地下获取水和养分。严重被破坏的植物,来不及再生直接灭绝都很常见。
 
为了对抗害虫,植物进化出了各种武器:
  • 冬青植物“发明”了锯齿状的边缘叶子;(实验发现,只要把锯齿剪掉,虫子🐛马上能吃掉叶子)
  • 有些植物在体内制造毒素;
  • 有些植物制造粘液,例如树脂或乳液,并在体内形成管状的网络通道,一旦虫子咬破,粘液就将昆虫困住;
  • 还有些植物会召集外援,虫子咬了,会释放化学物质,吸引合伙伙伴来帮忙。 一些共生关系的黄蜂冲过来,直接在毛虫体内产卵,幼体活生生把毛虫内脏吃空。
 
埃里希他们的一个重要观点是, 任何植物谱系,一旦演化出防虫新方法时,就会广泛传播开来。 它的灭绝率大幅降低,分支出新种假以时日,该谱系的后代多样性就高于没有避开虫害。
更有趣的是, 对昆虫而言,新植物如同新大陆一般,等待它们去探索和征服。但它们需要先演化新技能克服植物的防御。而那些最先找到方法的昆虫谱系,因为缺乏竞争,必将迅速繁衍,开始多样化
 
这个理论之大胆和诱人,却一直难于实验论证(还原古生态的是否必要)。直到90年代哈佛大学昆虫学家法雷尔找到了实验方案5。 协同演化的神秘力量得到了揭示。
 
这是一个漫长的军备竞赛(生物学家,也喜欢称之为红色皇后)演化过程,躲避、捕捉以及再躲避,植物和昆虫以数十万、数百万级别的物种数量,相互协同,共同制造复杂性的过程。
生物学家霍尔丹常说,生物学研究让他发现上帝“特别热爱甲虫”,已知的甲虫种类就有33万之多,可能是动物界昆虫纲种里多样性最高的物种了。
牛津大学自然历史博物馆专门为霍尔丹举办的展览,以及他在被要求对造物主的思想进行评论时的回答,“inordinate fondness for beetles”。维基百科
牛津大学自然历史博物馆专门为霍尔丹举办的展览,以及他在被要求对造物主的思想进行评论时的回答,“inordinate fondness for beetles”。维基百科
 
法雷尔不仅用实验方法验证了埃里希他们伟大预测,而且进一步发掘心的谜题:为什么世界上的植物有这么多开花植物?当然一部分原因还在于红色皇后的作用,压力巨大时就会跑的更快,所以植物找到了很多厉害的合作伙伴们,例如,蜜蜂,然后植物自身发展出更多的分支。
 

科学家发现,

多样化的结果,就是制造更多的多样化!
 
这个观点代表着什么呢?就像经济学老祖宗亚当·斯密的经典断论一样:
 
分工的结果,就是带来更多的分工!
比较优势法则,经济学不多的真理, 就是证明这个分工的持续多样性。这个过程从工业革命开始我们已经见证了几百年了, 我们今天手指一动可以买到的外卖或者商品是维多利亚时代君王贵族们,根本无法想象的。
 
这就是协同演化的力量,和商业的力量,它让新物种进一步持续爆炸。
 

后记

附送一个达尔文预测蛾子的故事, 这在科学史几乎是空前, 很少有模型能验证一百年后的准确习惯的空前性。
协同演化一则最知名的故事来自达尔文的兰花预测。
达尔文十分热爱研究兰花,经过大量收集和比对,大胆断言,肯定存在某种蛾类能为大彗星兰授粉(左图)。
结果几十年后, 这个预测被正式“发现”。(右图)
托马斯·威廉·伍德根据阿尔弗雷德·拉塞尔·华莱士的描述绘制的一幅插图,显示了一只飞蛾在为A. sesquipedale授粉。这是华莱士对这一事件的构想,因为它是在1867年画的,当时甚至还没有发现这种飞蛾。
托马斯·威廉·伍德根据阿尔弗雷德·拉塞尔·华莱士的描述绘制的一幅插图,显示了一只飞蛾在为A. sesquipedale授粉。这是华莱士对这一事件的构想,因为它是在1867年画的,当时甚至还没有发现这种飞蛾。
Xanthopan morgani,马岛长喙天蛾同种异名中的praedicta在拉丁文中有“预测”之意,指的就是查尔斯·达尔文对大彗星兰作的推论。
Xanthopan morgani,马岛长喙天蛾同种异名中的praedicta在拉丁文中有“预测”之意,指的就是查尔斯·达尔文对大彗星兰作的推论。
在惊叹达尔文蛾子的同时,让我们把这种神秘的演化力量,继续代入元宇宙大爆发的想象中去吧。 这就是我强调,要拥有一套新的思维和语言来讨论元宇宙。

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