蜘蛛基因研究揭示錯綜複雜的進化

一項新的蛛形綱動物家譜研究表明,許多蜘蛛物種進化成不再結網

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捕捉蒼蠅的方式不止一種。蜘蛛網看起來像是誘捕昆蟲的完美陷阱,但一項基於數百個基因的蜘蛛“生命之樹”研究表明,許多蜘蛛放棄了結網,轉而採用其他捕捉獵物的方式。這項新研究顛覆了數十年的傳統觀念,表明編織圓形網的蜘蛛並非都是近親,有些物種與以不同方式捕捉獵物的物種關係更近。

“蜘蛛網很棒,但它們並非我們認為的蜘蛛進化的頂峰,”阿拉巴馬州奧本大學的進化生物學家 Jason Bond 說,他的團隊透過分析 33 個科的 300 多個基因,確定了蜘蛛的進化關係。該論文和另一個獨立團隊的類似研究均於本週發表在《當代生物學》(Current Biology)雜誌上。

科學家迄今已命名約 45,000 種蜘蛛物種,歸為 100 多個科。編織圓形網的蜘蛛屬於兩個主要科——園蛛科(araneoids),如花園蜘蛛,以及不太為人所知的戴諾普斯蜘蛛科(deinopoids),其中包括貓面蜘蛛。這兩個類群用化學性質不同的絲紡織網——園蛛科編織的粘性纖維比戴諾普斯蜘蛛科較乾燥的網更有效地製成。但由於這兩個類群編織網的方式相似,蜘蛛學家長期以來將兩者放在蜘蛛家譜樹上的一個名為圓網蜘蛛(orbicularians)的類群中。


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但現在,透過比較眾多蜘蛛中數百個匹配基因的 DNA 差異而構建的分子家譜樹,描繪了一幅截然不同的圖景。雖然這些發現支援了許多先前關於蜘蛛科關係的想法——例如,地穴蛛(trapdoor spiders)的獨特性,它們用泥土、絲和植物建造地下陷阱——但編織圓形網的園蛛科和戴諾普斯蜘蛛科似乎比以前認為的親緣關係更遠。

由馬薩諸塞州劍橋市哈佛大學的進化生物學家 Rosa Fernández 領導的團隊得出了相同的結論,他們使用由 12 個蜘蛛科的 2,000 多個基因構建的樹狀圖。研究人員報告稱,儘管戴諾普斯蜘蛛科具有結網行為,但它們與包括狼蛛和蟹蛛(傾向於偷偷靠近獵物)在內的科的關係,比與園蛛科的關係更近。

這一發現為蜘蛛網的進化留下了兩種可能的解釋。要麼它比科學家認為的出現得更早,出現在許多蜘蛛科的共同祖先中,然後被一些物種拋棄,正如大多數研究人員過去認為的那樣。要麼,結網和紡絲的能力可能已經進化了多次。Fernández 說,這兩種理論都可行,只有來自更多蜘蛛科的基因資料才能解決這個問題。

然而,Bond 更傾向於非常古老的結網行為在進化過程中丟失的觀點。他說,結網所需的一系列行為似乎太複雜,不可能一次又一次地進化。根據他們的發現,Bond 和他的團隊認為,圓形蜘蛛網出現在早侏羅世(距今 1.87 億年至 2.01 億年前),許多蜘蛛的祖先放棄了結網,轉而採用其他捕捉獵物的策略。

但是,為什麼蜘蛛會放棄編織圓形網呢?“進化是不可預測的,”斯洛維尼亞科學院和藝術學院盧布林雅那分院的進化生物學家 Matjaž Kuntner 回應道。“一個對稱的圓形網很漂亮,但它可能只在特定環境和蜘蛛追逐的特定獵物子集中才是理想的結構。”

堪薩斯大學勞倫斯分校的蛛形綱動物古生物學家 Paul Selden 也認為,蜘蛛網已被許多蜘蛛放棄。“好吧,它可以捕捉飛行昆蟲,但它也向捕食者發出訊號,表明那裡有一隻蜘蛛,”他說。“更高階的蜘蛛已經擺脫了它,並發展出了其他東西。”

本文經許可轉載,並於 2014 年 7 月 21 日首次發表

Ewen Callaway is a senior reporter at Nature.

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