ecoliugy的个人博客分享 http://blog.sciencenet.cn/u/ecoliugy

博文

雨林哲学:中性理论如何解释生物多样性? 精选

已有 2126 次阅读 2021-1-6 10:12 |系统分类:科普集锦

IMG_20201231_150708.jpg

“兰花螳螂”的出现或许只是一个偶然


作为普通人,或许你永远也不会思考这样一个抽象的问题:大自然中的生物为何如此丰富多彩?为何雨林生物比温带要高?到底多样性是怎么演化而来的?

但是,当你看到一只兰花螳螂的时候,你可能会自问:“哇塞,大自然怎么如此神奇,到底是什么力量竟然能搞出这么精巧的生物?”

关于生物多样性的起源与演化,这是最重大的科学问题之一。学会利用“造物主”的视角,利用演化的思维来理解自然,这是当代科学素养中最重要的能力之一(延伸:进化素养Evolution literacy:“生物学家”带娃的思考)。

生物多样性到底怎么来的?科学家怎么想?今天来给大家介绍一个日本科学家木村资生,他提出了的思想“中性理论”。讲讲我们该如何理解生物多样性的演化与由来。

提出一个好问题,相当于解决问题的一半。

“动植物为何会如此丰富?它们是怎么来的?”一个系统提出这个天问的人是英国伟大的博物学家达尔文。他在贝格尔号航行到南美的时候,位于嘎拉帕斯群岛的雀鸟,生活在不同岛屿上的种类之间,具有相似性又有差异性。这群鸟大概有18种,有的嘴巴长而细,以虫子为食;有的嘴巴粗而短,以种子为食。


Darwin's_finches_by_Gould.jpg

进化理论中著名的达尔文雀


刚开始的时候,达尔文只是采集标本,甚至没有鉴定出来它们的名字。他只是注意到了这群鸟儿奇特的多样性,特别是鸟嘴的极度分化,但他将其归功了“上天的创造”(Centres of creation)。


回到英国之后,看着这群同属一个类群的小鸟,达尔文被这群小鸟迷住了。它们的鸟喙逐渐传达出一个一个概念:不同岛屿食物不同,因此鸟逐渐产生变化,最终导致了不同物种的诞生。


2900673-PH.jpg

达尔文以自然选择演绎出来的进化树


达尔文因此提出一个理论:“适者生存”(survival of the fittest)。不同的岛屿,气候、食物和生存环境不一样,最终只有者适应的强者存活下来,达尔文和另外一位好奇的博物学家华莱士一起,将这个过程称之为“自然选择”

现在我们知道,物种的由来事实上是基因漂泊的结果之一。基因漂流被认为是种起源和多样性起源的重要手段,是合理的分子遗传解释。为了适应多变的环境,物种发生突变朝着适应的角度演化,最终变得多样。

达尔文的这个思考,成就了他成为最伟大的科学家之一。达尔文的《物种选择》“物竞天择、适者生存”几乎成为了自然界的真理,也几乎统治了全世界学人的脑瓜子。“进化就是适应”,“不利就会被淘汰”,达尔文的观点让大家都理所当然的将其公认为真理。

有趣的是,有一位日本科学家,在1968年提出了不同的观点。


木村资生.jpg

提出“中性理论”的木村资生


这位科学家名为木村资生,是日本一位演化生物学家。他提出了一个更为细致的理论“中性理论”,认为“进化事实上并非自然选择,而是随机性的遗传漂变。”

事实上大多数的突变并没有好坏之非,它们只是发生了突变。大多数突变对生存和繁殖都没有贡献。后世科学家将其称为“非达尔文进化论”。生物的基因在传递过程中,很可能是一种无序的,中性的突变过程,而非朝着某个好或者坏的方向演变。很多基因的诞生,并非有什么选择,而只是运气而已。自然的演变,并没有确定的选择力量,只需要有突变不断补充新的基因而已。

以人为例,大约有1%的基因对蛋白进行编码,20%的基因组控制着这些编码区的表达时间和位置,仍有80%的基因组具有位置功能。为什么这么多的基因是无用基因?这或许就是无用之用的缘故。生物需要很多基因,以便在变化的环境中提供充足的基因变异。

从中性理论的观点看,一切生物的出现,不过是一个偶然而已。


QQ图片20210106092804.jpg

四树木或许只是偶然因素成而成长为苍天大树


中性理论还被用于解释物种在群落中的物种共存与维持关系。

比如上图中版纳植物园沟谷雨林中巨大的大板根“四数木”,属于单科属植物,在雨林中巨大无比。大板根如何演化而来?这一株又为何出现在这里成长为如此巨无霸?

传统自然选择或生态位理论认为,潮湿的环境、肥沃的土壤等等或许是其成长为雨林奇观大板根的原因。但若放到群落水平,或者更大的尺度,考虑到雨林中拥有这成百上千个物种,以及没棵大树每年或许有上万粒种子,为何独此一株成为苍天大树,独霸雨林?

群落生态学家认为,这仅仅是自然的一种随机组合而已,任何一个个体的出现也只是偶然。整个雨林也不过是个“天女散花”的随机过程和无序呈现罢了。

中性理论从基因突变逐渐转变到群落生态。特别在整个生态系统中,比如在热带雨林中,谁到底最终成为苍天大树,谁成为地上的小草?一切都是随机变化的命运罢了。



参考资料:

How Neutral Theory Altered Ideas About Biodiversity 

https://www.quantamagazine.org/how-neutral-theory-altered-ideas-about-biodiversity-20201208/


牛克昌等. "群落构建的中性理论和生态位理论." 生物多样性17.006(2009):579-593.


周淑荣, 张大勇. "群落生态学的中性理论." 植物生态学报 05(2006):868-877.



延伸阅读:西双版纳雨林科普系列

凤蝶毛虫的斗争:生态与进化的阴阳哲学

曼纳堵寻鱼记:罗梭江的鱼类生物多样性

雨林色彩:西双版纳七种超酷的鸟儿

昆虫科普:雨林虫虫的故事

纹背捕蛛鸟:西双版纳独特的食蜜鸟儿

美洲野牡丹:南美热带雨林动物的“粮仓”

西双版纳常见昆虫多样性图鉴

神奇植物在哪里?西双版纳的雨林里

灰卷尾:亚洲鸟儿的分化与融合


妙不可言!“大绿狗”毛毛虫的防御工事

半蛞蝓:脱了衣服的蜗牛,没脱干净的蛞蝓

傣乡菌美

拟态叶脉:奇特的幽灵蜘蛛

难得一见!版纳植物园内发现巨松鼠

夜色雨林:版纳植物园夜晚的一些精彩瞬间

视频| 自然之兰:说说西双版纳的兰花

版纳竹林发现奇异生物“猎头”蚂蚁

1串花2400万朵:版纳植物园贝叶棕即将开花




http://wap.sciencenet.cn/blog-300114-1265891.html

上一篇:“辣手摧花”:熊蜂咬破树叶,可促使植物提前开花
下一篇:街头科学史:“武昌鱼”为何走红中国?

4 朱朝东 尤明庆 黄永义 胡大伟

该博文允许注册用户评论 请点击登录 评论 (0 个评论)

数据加载中...

Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备07017567号-12 )

GMT+8, 2021-6-18 14:00

Powered by ScienceNet.cn

Copyright © 2007- 中国科学报社

返回顶部