本文發表於《大眾科學》的前部落格網路,反映了作者的觀點,不一定反映《大眾科學》的觀點。
隔離可能是一種恩賜。當我沒有連線到網路時,我的效率最高。如果我在火車或飛機上寫作,與他人的想法隔絕,就更容易捕捉到我自己的思路並讓它們擴充套件。別誤會,我內心的寫作者熱愛網際網路。我在這裡瞭解新的研究,並從世界各地的科學家和作家那裡獲得靈感。每次點選,我都會發現一個新的想法或故事,等待著被頭腦抓住。
這也是為什麼我內心的寫作者討厭網際網路。在網路上,似乎每個想法都已被思考過,每個故事都被重複講述過無數次。在充滿上千種聲音的迴音室裡,很難找到自己的聲音。
在自然界中,生命並沒有太大的不同。每種動物,從最小的蝙蝠到最大的貓,都必須找到自己的生態位和聲音。以克氏豬鼻蝙蝠,或熊蜂蝙蝠為例。這種可愛的小生物只有3釐米(1.2英寸)長,是“世界最小哺乳動物”稱號的有力競爭者。熊蜂蝙蝠分佈在緬甸和泰國的兩個獨立種群中。其自然分佈範圍僅限於2,000平方公里(770平方英里)。為了比較:這片區域只有羅德島州的一半大小,比盧森堡略小。
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緬甸和泰國的熊蜂蝙蝠在外觀上無法區分,但在聽覺上卻不同。緬甸蝙蝠的回聲呼叫音調略高。這種差異的影響不僅限於回聲定位,因為蝙蝠還在個人交流中使用回聲。在某些蝙蝠物種中,蝙蝠甚至更喜歡與具有相似回聲呼叫的伴侶交配。如果熊蜂蝙蝠也是如此,那麼回聲頻率的微小差異可能在遙遠的過去在兩個種群之間造成了隔閡。
怎麼會這樣呢?假設在種群中偶然出現了兩個群體,它們以略微不同的方式感知世界。如果這種微小的差異影響了它們對伴侶的選擇(例如熊蜂蝙蝠及其回聲),那麼這些差異和偏好會代代相傳,被放大並鎖定,直到兩個群體的成員不再將彼此視為潛在的配偶。當它們停止雜交時,它們已經朝著成為不同物種邁出了第一步。
生物學家為這個過程提出了幾個名稱,例如“透過感官驅動的物種形成”,但考慮到這些即將成為物種的生物是如何互相忽視的,我認為“透過相互忽視的物種形成”是更好的描述。雖然這構成了一個引人入勝的故事,但這並不是熊蜂蝙蝠回聲頻率不同的唯一解釋。畢竟,這些差異也可能在泰國和緬甸蝙蝠種群分離後進化而來。
一個由國際生物學家組成的團隊,配備了超聲波探測器和霧網,前往緬甸和泰國的森林,以確認熊蜂蝙蝠是否因忽視而變得孤立。該團隊捕獲並釋放了來自緬甸和泰國的 700 多隻蝙蝠,並採集了它們的皮膚或翅膀的穿刺樣本。對這些樣本的 DNA 分析表明,較小的緬甸種群大約在 40 萬年前從較大的泰國種群中分離出來。在如此粗略的解析度下,只能從蝙蝠的角度看待它們的進化史。研究人員只能得出結論,緬甸種群可能起源於少數泰國蝙蝠,但無法得知它們是如何或為何變得孤立的。
因此,他們決定“放大”組成泰國種群的蝙蝠群落,看看是否能捕捉到正在發生的隔離。儘管泰國蝙蝠群落形成了一個連續的範圍,但研究小組確實在南部群落中發現了回聲頻率的突然變化。與北部蝙蝠的呼叫相比,南部呼叫的頻率增加了 3 kHz。這種聲學邊界清晰而突然,但並未反映在熊蜂蝙蝠的 DNA 中。平均而言,邊界兩側的群落之間的差異並不比其他相鄰群落之間的差異更大。
一段 DNA 構成了一個例外。來自回聲邊界北側的蝙蝠攜帶的版本與來自南側的蝙蝠不同。這段 DNA 位於一個基因附近,該基因參與產生蝙蝠聽覺器官中的毛細胞,因此它可能在泰國和緬甸蝙蝠不同回聲的進化中發揮了作用。
這種“回聲定位基因”的傾斜分佈表明它提供某種優勢。但是什麼優勢呢?引入第二種蝙蝠:喜馬拉雅鼠耳蝠,或學名Myotis siligorensis。這種蝙蝠體型相似,捕食相似的獵物,但更重要的是:它發出的回聲與熊蜂蝙蝠在相同的頻寬上。如果熊蜂蝙蝠和鼠耳蝠在同一區域狩獵和回聲定位,這可能會產生問題。它們的回聲訊號會相互干擾,它們將無法確定與獵物的距離。
如果其中一種蝙蝠改變其回聲的音調,則可以避免相互干擾頻率。事實上,這似乎是泰國南部和緬甸的熊蜂蝙蝠發生的情況。錄音顯示,它們的洞穴也經常有鼠耳蝠光顧,而在泰國北部則沒有看到鼠耳蝠。
研究人員得出結論,回聲定位不太可能是緬甸和泰國蝙蝠隔離的驅動力。考慮到兩個種群之間(至少對於熊蜂大小的蝙蝠而言)的巨大距離,以及泰國蝙蝠在基因上最多樣化,他們認為,一些蝙蝠被風暴、颶風或颱風,或者可能是大約每 10 萬年發生一次的強烈冬季季風從泰國捲到緬甸。
一小群熊蜂蝙蝠,在風暴中翻滾。當風勢減弱時,這些生物發現自己遠離家園。從樹林中傳來一種非常熟悉的尖叫聲,但來自一個陌生的來源。熊蜂蝙蝠知道它們必須做什麼。是時候找到自己的聲音了。
圖片
洞穴中的熊蜂蝙蝠,作者:Steven Wong。圖片版權所有,經許可使用。
熊蜂蝙蝠分佈範圍參考地圖
桂河,作者:Eric Molina。
熊蜂蝙蝠骨骼的CT掃描,來源:Digimorph。圖片版權所有,經許可使用。
參考文獻
Puechmaille SJ, Gouilh MA, Piyapan P, Yokubol M, Mie KM, Bates PJ, Satasook C, Nwe T, Bu SS, Mackie IJ, Petit EJ, & Teeling EC (2011). 熊蜂蝙蝠在有限基因流動背景下的感官分歧進化。《自然通訊》,2 PMID: 22146392