为什么很少听说有鸟类之间的杂交和爬行类动物之间的混血,它们种族的生殖隔离很严重吗?

高sir,科学丨教育&生物老师丨公众号:高比先生

阿这,看来要先讲一个故事——达尔文雀。

1981 年,加拉帕戈斯群岛上发生了一件看似平常的事——一只雄鸟飞到了达芙妮岛。

这只鸟看起来像中地雀,但有些不对劲。

它比当地的中地雀大 70%,鸣声也完全不同。

当地的雌鸟从未听过这样的歌声。

中地雀

科学家们给它起了个绰号:大鸟。

基因检测显示,这只大鸟很可能是中地雀与大地雀的杂交后代,来自 8 公里外的圣克鲁兹岛。[1]

它是一次偶然杂交的产物。

大嘴地雀

故事开始了,这只大鸟找到了一只当地雌性中地雀。

它们交配了,产生了 F1 后代。

你可能以为故事到此结束。杂交嘛,偶尔发生,没什么特别。

但接下来发生的事,将会震惊生物学界。

科学家们开始了一项史无前例的研究,他们标记了大鸟和它的每一个后代。

年复一年地观察。记录每一次交配。追踪每一只幼鸟。

第一代后代与另一只中地雀交配。产生了第二代。

然后奇迹发生了。

从第二代开始,所有的交配都发生在这个家系内部。

它们只与自己的兄弟姐妹或堂兄妹交配,不再与岛上其他鸟类杂交。[2]

这意味着什么?

生殖隔离。

它们变成了一个独立的种群。

科学家们见证了新物种的诞生。

不需要几万年、不需要化石记录的推测。

而是活生生发生在眼前的物种形成。

仅仅三代,这个杂交家系就实现了生殖隔离,成为了一个新的物种。[3]

关于进化,传统进化理论强调渐进变化,新物种通过长期积累小的变异而形成。

这个过程需要数万甚至数百万年。

达尔文雀颠覆了这个观念。

它展示了一种被称为“同倍体杂交物种形成”的过程,即杂交后代在不改变染色体数量的情况下形成新物种。[4]

这种快速物种形成在动物界极其罕见,以前我们认为只有植物才能这样快速分化。

而达尔文雀生活在加拉帕戈斯群岛,这个岛屿无疑就是一个天然实验室。

岛屿之间相对隔离,但偶尔有个体跨岛迁移。

这创造了完美的杂交条件。

基因组研究显示,达尔文雀的进化历史充满了杂交事件的痕迹。不同种类之间持续发生基因交流,这种交流塑造了它们的遗传多样性。[5]

我们很少听说鸟类杂交?

不是因为杂交不常见,而是因为我们关注得不够。

最新研究显示,大约 16.4%的鸟类物种能够在野外杂交,如果算上圈养环境,这个比例达到 22%。[6]

五分之一的鸟类能杂交。

这个比例其实很高。

但我们为什么很少注意到?我觉得有两个比较重要的原因(鄙人肤浅之见)

经济原因

我们关注哺乳动物杂交,主要因为农业需求。

骡子有使用价值\牛羊杂交影响畜牧业。

但鸟类杂交大多发生在野外,没有直接经济意义。

观察难度

鸟类活动范围大\飞行能力强。

野外杂交个体很难被发现和研究,不像圈养的哺乳动物那样容易观察。

其他鸟类有这样的情况吗?

当然有

绿头鸭

已知绿头鸭能与至少 40 个不同物种杂交。[7]

为什么——饥不择食

雄性绿头鸭经常无法区分不同种类的雌鸭,或者说,不在乎——是女的就行!!。

“不挑食”的态度,当然增加了杂交机会。

当然,根本原因是遗传兼容性。

绿头鸭与许多近缘物种的基因差异不够大,还能产生可育后代。

不过,其实在鸟类中,雁形目(包括鸭、鹅、天鹅)表现出最高的杂交率。

几乎所有的鸭类或鹅类之间都有杂交记录。

为什么?

求偶行为相似。

大多数水鸟的求偶都包括游泳、展示、追逐等动作。

不同种类的雄鸟容易误判其他种类的雌鸟。

还有一种可能,就是强制性交配和种间巢寄生行为,这在水鸟中特别常见。

白颊黑雁和雪雁的杂交后代

斑头雁和雪雁的杂交后代

现在让我们看看爬行动物

在对 94 对遗传差异显著的蜥蜴物种的杂交研究中,大多数 F1 杂交后代都是可育的。

这说明爬行动物的杂交能力其实很强。

我们之前有个误解,以为卵生动物天生不利于杂交。其实不是这样的。

其实爬行动物们乍一看,是不容易杂交的

爬行动物有个特殊的“锁钥机制”,雄性爬行动物的生殖器官形态差异很大,这有助于维持物种间的生殖隔离。[8]

简单说,不同种类的生殖器官很难匹配。

但即使有这种阻隔,杂交依然发生。

而且产生了一个你意想不到的结果——单性生殖

已知约 50 种蜥蜴和 1 种蛇能够完全通过单性生殖繁殖。这些单性生殖的种类,很多都是杂交的产物。

举个例子:鞭尾蜥

Aspidoscelis neavesi

这种蜥蜴现在完全通过克隆方式繁殖,但依然保持着遗传多样性。

这怎么可能?

很久以前,两个不同物种的鞭尾蜥发生了杂交。

这种杂交给后代带来了强大的遗传多样性,然后这种多样性通过特殊的减数分裂机制得以保持。

结果就是,雌性能够产生遗传多样的后代,不需要雄性参与。

科学家甚至在实验室里重现了这个过程,通过让两个相关蜥蜴物种杂交,研究人员创造出了一个新的单性生殖物种。

这个新物种被命名为 Aspidoscelis neavesi。

看看更多案例:

在蛇中,不同种类的奶蛇之间能够产生可育杂交后代。[9]

在龟类中,红耳龟与地图龟也能杂交。[10]

甚至在鳄鱼也有,古巴鳄与美洲鳄进行了杂交。[11]

现在回到你的最后一个问题:鸟类和爬行动物能杂交吗?

不能。

鸟类和其他爬行动物的分化发生在约 2.5 亿年前。[12]

这个时间跨度太长了,遗传差异已经大到无法杂交的程度。

杂交需要足够的遗传相似性。

时间越久,物种分化越严重,杂交越困难。