進化引發蟋蟀的沉默

夏威夷兩個島嶼上的雄性蟋蟀在短短幾年內同時失聲,以躲避寄生蟲

一項研究表明,由於對翅膀的獨立但同時發生的進化適應,夏威夷不同島嶼上的雄性蟋蟀種群已經失去了鳴叫的能力。這些變化使得昆蟲能夠避免吸引寄生蠅,這些變化在僅僅20代內獨立發生,並且人眼可見。

這些發現可能有助於闡明趨同進化的最早階段——當不同的群體或種群獨立進化出相似的適應,以應對自然選擇時。

雄性田蟋蟀(Teleogryllus oceanicus)以其鳴叫聲而聞名,這種聲音是透過翅膀相互摩擦產生的。翅膀的靜脈形成特殊的結構,產生我們聽到的蟋蟀鳴叫聲的振動。“這種機制就像用指甲在梳子的銼刀上摩擦,”英國聖安德魯斯大學的研究負責人和進化生物學家內森·貝利說。


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夜間的求愛曲吸引了雌性並促進了繁殖——但不幸的是,對於夏威夷的雄性蟋蟀來說,鳴叫也吸引了一種致命的寄生蠅,即Ormia ochracea。蠅幼蟲鑽入蟋蟀體內並在內部生長,並在大約一週後出現時殺死宿主。

這兩個物種都可能在上個世紀末抵達夏威夷——蟋蟀來自大洋洲,而蒼蠅來自北美。為了保護自己免受新敵人的侵害,夏威夷考艾島上的大量雄性蟋蟀很快停止了鳴叫。

衝突之歌
這種變化似乎是由一種改變了它們翅膀形狀的突變引起的,使得它們無法發出鳴叫聲。這一壯舉在不到20代的時間內完成,只是進化過程中的一眨眼,而且,由於蟋蟀只存活幾周,這是一個非常快速的過程。到2003年,加州大學河濱分校的馬琳·祖克的一項研究發現,考艾島上高達 95% 的雄性蟋蟀不再能夠鳴叫。突變幾乎消除了所有有助於發出聲音的翅膀結構,使翅膀變平,但仍然可以飛行。

僅僅兩年後,在2005年,距離考艾島101公里遠的瓦胡島上的雄性蟋蟀也開始沉默。貝利發現,如今,瓦胡島上大約一半的雄性蟋蟀不會鳴叫。

他的團隊對不止一個種群中存在沉默的突變體感到好奇。研究人員懷疑,平翅蟋蟀只是從考艾島遷移到瓦胡島,可能是搭乘船隻或飛機。

然而,事實證明,雖然瓦胡島的蟋蟀也長著扁平的翅膀,但它們與考艾島的鄰居截然不同。這種差異即使是肉眼也能注意到,瓦胡島的蟋蟀比考艾島的蟋蟀減少的鳴叫結構要少得多。

在他們今天發表在《當代生物學》上的研究中,貝利和他的團隊使用一種將DNA切成小片段然後檢測數十萬個遺傳標記或基因組的小的獨特區域的技術,分析了來自這兩個島嶼的蟋蟀的基因組。與扁平翅相關的遺傳標記在考艾島和瓦胡島的種群中差異很大。“這意味著基因組中不同的突變部分導致雄性在每個種群中都是平翅,”貝利說。

正在進行的進化
紐約州伊薩卡市康奈爾大學的進化生物學家理查德·哈里森說,這一證據表明,突變獨立地發生在兩個島嶼上,使夏威夷沉默的蟋蟀成為“趨同進化的絕佳例子”。

儘管在自然界中可以看到趨同進化的證據,但很難在它發生時捕捉到它。英國埃克塞特大學的進化生態學家湯姆·特雷根扎說,這項研究表明,表面上相似的趨同解決方案來應對被聲音吸引的寄生蟲的攻擊,“可以以截然不同的方式進化”。“基因組可以使用非常不同的基因組合來產生相似的結果。”

貝利的團隊現在正在努力查明所涉及的基因,並瞭解它們如何與蟋蟀基因組的其餘部分相互作用。

特雷根扎說,除了識別基因外,另一個“令人興奮的未來研究途徑”將是調查鳴叫聲的喪失如何影響雌性選擇配偶的能力,以及這對種群進化產生的後果。

本文經《自然》雜誌許可轉載。這篇文章於 2014 年 5 月 29 日首次發表

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