機器人蜥蜴用於解決進化問題

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動物外觀呈現驚人廣度的原因之一是為了幫助個體與正確的物種交配。這是導致動物種群之間差異,並最終可能導致新物種形成的一種進化過程。 例如,假設有一個鳥類種群,那裡有兩種主要的食物:小種子和大種子。喙較小的鳥類更擅長吃小種子,而喙較大的鳥類更擅長吃大種子。如果你是一隻喙較大的鳥,那麼你“想要”與另一隻喙較大的個體生育後代,因為與喙較小的個體交配會導致後代擁有中等大小的喙,既不擅長吃小種子,也不擅長吃大種子。現在,假設喙較大和喙較小的雄性很難區分。從雌性的角度來看,任何使這兩種變體更容易區分的東西都將是有利的。 假設出現了一種突變,這意味著喙較大的鳥類也長有紅色的頭。或者說,它們較大的喙意味著它們的鳴叫聽起來不同。雌效能夠捕捉到的任何線索,以區分這些雄性,都將被選擇,並可能進化成為雄性用來直接吸引雌性的訊號。

隨著時間的推移,隨著兩個不同種群之間的差異變得越來越大,種群之間交配越來越少,它們將變得“生殖隔離”(即完全不互相交配),從而成為兩個新物種。

然而,在某些情況下,尚不清楚兩個相似種群或物種之間的差異是由於這個過程(“性選擇”)還是遺傳漂變造成的。遺傳漂變是指種群分離(例如,一條河流將一個動物種群一分為二)。現在,僅憑偶然性,這兩個獨立的種群之間就會出現差異,僅僅是因為它們只在各自的種群內交配。


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蜥蜴是一個物種集合,在這些物種中,相似物種之間差異的出現方式尚不清楚,這就是熔岩蜥蜴。熔岩蜥蜴遍佈加拉帕戈斯群島,共有九個物種。不同的物種在地理上相互隔離,並且具有不同的顏色以及它們用於交流的不同俯臥撐和頭部擺動行為。 

影片來源:大衛·克拉克

作為一項更大研究的一部分,克拉克及其同事在一篇發表在《動物行為學》雜誌上的論文中,調查了為什麼不同種類的熔岩蜥蜴之間存在訊號差異。 為了做到這一點,他們設計了兩種不同“物種”的機器人蜥蜴,即Microlophus grayiiMicrolophus indefatigabilis。研究人員使用這些機器人蜥蜴來模擬它們與同種類的真實蜥蜴以及另一種蜥蜴之間的互動。因此,一隻真正的蜥蜴可能與同種類的機器人或不同種類的機器人互動。這裡的想法是,如果不同的物種已經進化到彼此關注對方的訊號(從而避免與不同的物種交配),那麼與機器人同種類的雄性蜥蜴應該比另一種蜥蜴對機器人的訊號反應更大。另一方面,如果不同的物種是透過遺傳漂變產生的,那麼我們預計在個體身上不會有太多的選擇來避免與另一個物種交配。

一隻熔岩蜥蜴與一隻機器人蜥蜴互動。 來源:大衛·克拉克

你可能想知道為什麼研究人員沒有在真正的雌性蜥蜴身上測試他們的雄性機器人蜥蜴,而是測試雄性蜥蜴。 嗯,在這些物種中,雌性蜥蜴並不太積極地選擇雄性。相反,交配更多地是透過雄性之間的競爭來決定的。

研究人員發現了混合的結果:M. grayii 對待兩種機器人的方式相同,而 M. indefatigabilis 對與自己更相似的機器人(即自己物種的機器人)的反應要大得多,反應速度更快,然後對機器人蜥蜴的展示時間也更長。

另一隻蜥蜴對機器人蜥蜴做出反應的例子。 來源:大衛·克拉克

然後,研究人員用來自大陸的物種(Microlophus occipitalis)重複了實驗,發現該物種非常歧視不同種類蜥蜴的展示行為。

這些結果似乎暗示蜥蜴已經經歷了不與其他相似物種交配的選擇。 然而,研究人員還進行了系統發育分析,結果表明蜥蜴是在彼此隔離的情況下進化出這些特徵的,並且沒有受到性選擇的太大影響。那麼到底是怎麼回事? 似乎蜥蜴已經進化出能夠關注彼此不同行為訊號的能力(並歧視“錯誤”的物種),而沒有與它們在同一地理區域進化。 究竟這是如何發生的仍然不清楚,也許這僅僅表明進化比任何事情都更復雜! 

參考文獻

Clark, D. L., Macedonia, J. M., Rowe, J. W., Stuart, M. A., Kemp, D. J., & Ord, T. J. (2015). Evolution of displays in Galápagos lava lizards: comparative analyses of signallers and robot playbacks to receivers. Animal Behaviour, 109, 33-44.

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