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从微观进化过程到宏观进化模式

时间:2023-08-06来源:网络作者:小白

反刍动物头骨的多样化——从微观进化过程到宏观进化模式


反刍动物头盖骨的进化变异偏向CREA。(A)物种平均颅骨形状的种系空间,单个标本投射回该空间。灰色椭圆表示给定进化的布朗运动模型的形态空间中物种概率分布的95%和99%置信区间。数据点(种类)的大小对应于质心大小。图边缘显示的分布代表每个家族的相对密度。插图:一个生态表面,突出了饮食中草的百分比变化,其中放牧物种主要消耗草,而食草物种消耗较少的草。注意饮食中草的百分比变化类似于物种大小的变化。(B)形态空间中的形状变化。每个黑点代表给定坐标的形状模型,其侧面和背面视图分别显示在上方和下方。(C)给定我们的进化速率矩阵,物种在形态空间中的概率分布。根据布朗运动进化模型,较亮的区域表示一个物种在形态空间中更有可能存在的区域。该morphospace(及其他)的交互式版本可用于非移动设备(https://Daniel rhoda . shinya PPS . io/反刍动物_Dashboard/)。Credit: Science Advances, doi: 10.1126/sciadv.ade8929


(神秘的地球uux.cn)据美国物理学家组织网(by Thamarasee Jeewandara , Phys.org):进化生物学家的目标是基于种群水平变异的比较数据集,形成微观进化过程和宏观进化模式之间的基本联系。在一份关于科学进展的新报告中,丹尼尔·r·罗达(Daniel R. Rhoda)和美国芝加哥大学(University of Chicago)和杰克森实验室(Jackson Laboratory)的进化生物学科学家团队分析了之前发表的反刍动物(哺乳动物)颅骨数据集。


通过高度保守的颅面进化异速生长(CREA ),结果是有偏差的,其中较大的物种表现出成比例的较长的脸。研究结果强调了这一特征是一条抗性最小的进化路线,促进了与浏览器-草食动物谱一致的形态多样化。结果显示了在群体水平上的限制如何在宏观进化尺度上产生高度定向的表型进化模式。这项工作揭示了跨哺乳动物进化枝颅面进化异速生长的作用。


颅面进化异速生长(CEA)


自然选择影响群体中的表型变异,群体的发展对选择作出反应。最大变异量的方向被称为最小抵抗线(LLR ),代表最大进化变化的潜在方向。如果选择与最小抵抗线一致,生物学家预计种群会朝着适应高峰的方向直接进化。但是,如果选择的方向是别处,那么对选择的响应将会朝着阻力最小的线重新排列。因此,在种群水平上,适应性景观和物种内变异限度之间的相互作用决定了表型进化的路径。


进化生物学家试图解释生物多样性的全球模式,作为生物学研究的一个基本目标,以揭示宏观进化模式下的微观进化机制。他们预计这些模式会影响种群水平对宏观进化的限制。在这项工作中,Rhoda等人提出了颅面进化异速生长(即生物的特征随大小而变化)对微观和宏观进化的影响的有力证据,这可以沿着最小阻力线进行探索,以促进形态多样性。


反刍动物头骨的多样化——从微观进化过程到宏观进化模式


正如CREA(颅面进化异速生长)所预测的那样,体型较大的反刍动物有相对较长的脸。灰色椭圆代表物种预期分布的95%置信区间,如果没有面长的异速生长(给定观察到的进化速率),蓝色椭圆代表物种预期分布,给定观察到的进化速率矩阵。请注意,某些“极端”特征组合(例如,非常大的长脸物种)只能在相关进化下获得,而其他组合(例如,非常小的长脸物种)只能在假设的不相关进化下获得。Credit: Science Advances, doi: 10.1126/sciadv.ade8929


哺乳动物头骨的高度保守模式


哺乳动物头骨保持着高度保守的个体发育和进化异速生长模式,其中较大的物种具有成比例的较长面部,作为颅面进化异速生长的一个例子。虽然异速生长是表型进化的一个限制,但它为极端表型的出现提供了一个没有发育新颖性的机会。


例如,较大的短脸哺乳动物不太可能出现,而长脸、难以触及的表型则是由于这种异速生长而出现的。因此,颅面进化异速生长似乎是阻力最小的进化路线,简单地表明,由于头骨形成的尺寸限制,较大的哺乳动物有较长的脸。古生物学家注意到物种之间的大小和头骨形状之间有很大的关系,其中较大的物种代表较长的脸,进化异速生长的斜率在各亚科之间有很大差异。


反刍动物头骨的多样化——从微观进化过程到宏观进化模式


生命穿越时间,一个视觉时间线-艺术表现的新第三纪时期-新第三纪现场。一个在苹果树后面的毛茸茸的猛犸象的艺术重建,背景是早期的马,一只恐怖的鸟,一只飞虫,一只棕色的大蝙蝠,一只池塘里的鳄鱼,一只岸上的剑齿猫,和森林里的地懒。Credit: Natural History Museum, Arcata California https://natmus.humboldt.edu/exhibits/life-through-time/visual-timeline/neogene-period


物种间的头盖骨形状


示例工作显示,由于鼻内缩较大,dik-diks的颅骨形状与其他小型反刍动物不同。然而,所有小型反刍动物的脸都比它们体型更大、脸更长的亲戚要短。使用系统发育主成分分析,研究小组显示了主导主要变异轴的清晰的大小趋势,以进一步加强结果。Rhoda等人重建了分支之间的种间形态空间,以更好地理解不同的进化模式,同时探索颅面进化异速生长。


该小组注意到并证实了分析中的形态空间相似性是由于异速生长——对牛科动物头骨多样化的主要影响。研究人员注意到牛科动物头盖骨进化变异的明显大小趋势,其中大型食草部落Alcephini和小型食草部落Neotragini相对于他们观察到的进化速度而言,多样化程度超过了预期。这项工作与牛科动物和鹿科动物多样化的宏观进化模式相一致,这种模式似乎与它们的祖先相距更远。这些数据代表了新第三纪反刍动物饮食的进化不稳定性,同时也说明了整个新生代腐食动物多样性的下降。


CREA在物种间的适应意义和微观进化的动力学


Rhoda等人研究了与browser-grazer连续体相关的形状变化,但不清楚大型放牧物种(如Alcelaphini)的异常长脸头盖骨是由于(1)更适合放牧的头盖骨的直接选择,碰巧是长脸,还是(2)觅食生态的选择不可知。在后一种情况下,他们的假设是,较长的脸是在与放牧相关的身体尺寸增加过程中被动进化的,这似乎不太可能,因为食物摄入和加工之间有密切的联系。


在这两种可能的情况下,觅食生态学为体型的进化变化提供了适应性价值,并影响了反刍动物颅骨形态的多样化。Rhoda等人检验了颅面进化异速生长(CREA)是否是反刍动物偶蹄目动物中抵抗力最低的进化系,并分析了其对形态多样性的影响。他们直接测量与假设CREA相关的变异轴,以询问其与种群水平进化变异的关系,并进行系统发育广义最小二乘回归,以测量形态差异和相对于CREA的差异角度之间的关联。


观点


通过这种方式,Daniel R. Rhoda和他的同事研究了哺乳动物(反刍动物)头骨多样化过程中宏观进化模式背后的微观进化过程。他们探索了颅面进化异速生长(CREA)作为最小抵抗线(LLR)的一个方面,因此当他们在工作中生成物种矩阵时,结果与CREA密切相关;表明这个物种比那些不太一致的物种更远离他们的祖先。


这项工作检查了browser-grazer谱中进化枝之间的差异及其相对于牛科和鹿科的多样化模式的内在和外在因素。强调了内在因素对反刍动物头骨形态多样性的影响。这些结果广泛地证明了内在限制对宏观进化模式的影响,使科学家们能够设想对CREA在其他哺乳动物分支中的作用进行进一步的研究。

白鼬,又称扫雪鼬、短尾黄鼠狼、短尾鼬,是食肉目鼬科鼬属的哺乳动物

白鼬,又称扫雪鼬、短尾黄鼠狼、短尾鼬,是食肉目鼬科鼬属的哺乳动物 白鼬,又称扫雪鼬、短尾黄鼠狼、短尾鼬,是食肉目鼬科鼬属的哺乳动物。体形似黄鼬,身体细长,四肢短小。白鼬毛色随季节变化而改变,夏季身体背面和腹面颜色不同,背面为棕灰色,腹面为白色,冬季全身为纯白色,只有尾端为黑色。每年春季和秋季,白鼬要换两次毛,春季,先从头部开始换毛;而秋季的次序恰好相反,头部的血毛最后才长出来。白鼬栖息于亚洲北部开始向南直至喜马拉雅山区,多生活在森林、草原和河、湖岸边的灌木丛中。白鼬常利用鼠类的洞穴为巢,巢中常垫有干草、兽毛和鸟类的羽毛。白鼬大多数夜间活动,善于游泳,在兴奋时能发出吱吱的叫声。白鼬以小型啮齿类为食,如棕背䶄、林姬鼠、鼠兔、花鼠、仓鼠等;也吃些两栖类、鱼、鸟卵和昆虫;食物缺乏的时候,也吃其它食肉兽剩下的动物尸体。白鼬发情期约在5~6月,怀孕期为9~10个月;受精卵有滞育期,在来年4~5月间产崽,每产8~12崽,哺乳期约30~40天,幼兽由雌雄兽共同抚育。白鼬的寿命5~8年。白鼬的食物以对人类有害的啮齿动物为主,主要有棕背鼠平、红背鼠平、田鼠,对人类十分有益。白鼬已被列入中国《国家保护的有益的或者有重要经济、科学研究价值的陆生野生动物名录》。

关于兔子,你真的了解吗?

兔年免不了要说兔,别以为兔子很常见你就觉得很了解它。看《木兰诗》,有一句关于兔子的描述:“雄兔足扑朔,雌兔眼迷离,双兔傍地走,安能辨我是雌雄?”你是不是也未必懂如何区分一只宠物兔的雌雄呢? 你可能也不知道,英语中为何要将家兔和野兔的称呼分成了两个——家兔是Rabbit,野兔则是Hare? 关于兔子的小秘密还真不少。 ○兔子到底爱不爱吃胡萝卜? 在各种儿童绘本里,人们总喜欢把兔子和胡萝卜联系在一起。你可有想过,兔子真的喜欢吃胡萝卜吗? 谈这个问题之前,最好先了解一下兔子的分类。 我们平时所理解的“兔”,应该是哺乳类兔形目兔科下属所有属的总称,共9属42种,俗称兔子。它们为草食类动物,也是夜行性动物,大都有管状长耳、簇状短尾,和两条比前肢长得多的强健后腿。究其源头,应该早在六千万年前就有一种被称为攀援始祖兽的生物,后进化为始祖兔;到大概三千万年以前,始祖兔进化为野兔,而野生的兔子直到三千年以前,才逐渐被驯化为家兔。 野兔至今在全球仍有几十个亚种。它们可以适应多样环境,属于典型的草食性兽类。它们的食性很广,包括各种无毒的杂草、植物的种子和果实,以及树木的枝叶和嫩皮。野兔最爱的还是苜蓿科和豆科植物的幼苗和嫩叶。有趣的是,这个食谱中并不包括胡萝卜。当然,这也可能是因为胡萝卜是人类种植的作物,野兔在野外能采食到的机会并不多。 家兔虽然是驯化种,绝大多数习性却和野兔无异。但家兔在进化过程中,消化道以及消化菌群已完全适应消化各种杂草,胡萝卜糖分较高,其实也并不适合家兔的消化系统。 ○兔子为什么有“三瓣嘴”“红眼睛”“顺风耳”? 兔子的“三瓣嘴”和它的“饮食习惯”息息相关,也是长期适应性进化的产物。 因为兔子属于典型的植食性动物,它们拥有发达的门齿,帮助其啃食各种草类、草根以及树皮。这个过程中,三瓣嘴最有利于将它们将门齿及时、无障碍地翻出来使用。 而兔子的“红眼睛”并不是普遍性的。现实中通常只有白色兔子的眼睛是红色的,而且也不是所有白兔子的眼睛都是红的。兔子眼睛的颜色有黑色、蓝色、灰色、红色等多种。这些颜色的呈现主要是由兔子身体里所含色素决定的。红色眼睛的兔子,只是它们身体缺乏某些色素,透明的眼球便呈现出自身毛细血管中血液的颜色。从进化论角度上来说,兔子眼睛的颜色其实是根据它们所生活的环境变化而适应性生成的,并且具有遗传性。 兔子的“顺风耳”其实是说它们对声音非常敏感,这对耳朵就像它们自带的“雷达”,耳内的密毛恰如天线一般。只要把两只耳朵高高竖起并稍作转动,数十米外的微小声音都会被兔子灵敏地收入耳中,这样它们就能及时发现危险并逃跑。兔子生性谨慎、胆小,只有在休息时,它们才会把耳朵耷拉下来紧贴在颈背上。有人说抓兔子就要抓耳朵,其实兔子耳朵很容易受伤,它们并不喜欢被抓耳朵,因此我们抓住它们的耳朵时,它们通常都会停止挣扎,也许是希望自己的“雷达”不要被破坏了吧。 ○为什么有“狡兔三窟”的说法? 野兔喜欢打洞,但它们并不喜欢长时间地待在洞中。不过它们的确有借洞逃生的本领。在被天敌追杀过程中,野兔的奔跑通常不是盲目的,它们在平常活动的地域内早早就摸清了地形,知道每一处洞穴的分布,就算不是自己挖的,它们也都提前去“调查”“熟悉”过,甚至会时不时再去“熟悉”一下。因此,当被敌害追击时,野兔通常都能迅速准确地逃入附近的地洞中。这足见野兔生性狡诈、行动诡秘。 “狡兔三窟”的成语最早出自于《战国策·齐策四》,现在多用来比喻隐蔽的地方或方法多。据考究,中国在汉代以前,域内的兔子基本都是野兔。中国传统文化中的“六畜”之外还有“六兽”,兔子就是“六兽”之一,是人们捕猎的主要对象之一。《诗经》里至少有三首诗与野兔有关,那篇《瓠叶》中说:“幡幡瓠叶,采之亨之。君子有酒,酌言尝之。有兔斯首,炮之燔之……”描述的就是猎人打到野兔拿来下酒的欢乐景象。 但现在大家普遍认为,家兔的祖先却不是普通的野兔,而是野生的穴兔。穴兔属兔科穴兔属,原产于欧洲西南部。人们认为,它们是经由“丝绸之路”来到中国的。我国原本的野生兔类在家养条件下难以繁殖,幼兔易患佝偻病,长大后也没法繁殖,然而穴兔类在家养条件下却不难繁殖,因此现在人类养殖的兔子大部分都是由野生穴兔经长期驯化而来。甚至可以说,全球的家兔均由穴兔驯化而来。 穴兔与普通的野兔并不一样。英语中称呼家兔和野兔也有不同,家兔是Rabbit,野兔则是Hare。而它们最大的区别还是,穴兔刚生下来的幼仔身上是光滑无毛的,因为它们多喜欢待在洞里,野兔刚出生的幼仔却是有毛的,它们多在地表活动,生下来不久就要到处跑。 穴兔也是非常出色的建筑师,挖的洞深可达3米,长能达40多米,洞道直径约15厘米。其“卧室”可能会有30厘米到60厘米的高度,洞口还会做出“大门”——留一个微微隆起的土堆。而那些没有土堆的洞口,主要是用来临时逃避天敌用的。据说有一种穴兔一旦确定了住所,就会为自己至少准备五个洞穴。 ○兔子也会灭绝吗? 作为吃货的你,可能知道兔肉富含卵磷脂,有健脑益智的功效,经常食用可保护血管壁,阻止血栓形成,对高血压、冠心病、糖尿病患者有益处,能增强体质,健美肌肉。实际上,兔子因为繁殖能力强,现在不仅是人们餐桌上的一道美食,也是很多实验室中常用的小动物。但兔类一样有许多濒危品种。报道称,全球现生种中,兔子的极危品种有1个,濒危品种有13个,易危品种2个,近危的也有6个,还有19个种处于缺少数据的状态。 一种濒危种的琉球兔属,已是亚洲大陆的孑遗物种,属“活化石”了。它是一种只分布在日本的奄美大岛及德之岛的原始兔,栖息在茂密森林,昼伏夜出。 墨西哥特有物种火山兔,是世界第二体型细小的兔,仅次于侏兔。它在世界自然保护联盟红色名录中也被列为“濒危”。 此外还有原产于东南亚的条纹兔属,现存两种,在中国境内已仅有化石分布。 兔类的衰落多是因失去栖息地及猎杀所致。它们的栖息地正在持续地受到山火、过度放牧、城市和农业发展及伐林等破坏。故此,兔形目动物保护的问题越来越受重视。 【链接】如何挑选宠物兔? 首先是看体格。选体型健壮、活泼好动的为佳。体格发育良好的幼兔身体匀称,肌肉结实,其肩部、背部及后躯看不出任何骨突出,触摸胸部、背部感觉较宽,要注意,肌肉丰满、被毛光滑、骨骼棱角不突出的幼兔通常都是因为从小喂食营养好,更容易养活。其次是看姿势。健康的幼兔活动起来更为灵活、自然、协调。蹲伏时,前肢伸直,后肢置于体下,睡眠时,双眼闭合,呼吸微弱,夏天常倒卧、伏卧、伸长四肢,冬天则常蹲伏。然后再看看精神如何,健康的幼兔眼睛圆而明亮,活泼有神,眼角无分泌物、红肿;机警,耳朵易活动,遇到特殊声音时,两耳竖立。最后最好留意一下兔子粪便。健康的幼兔粪便为球形颗粒,豌豆大小。若粪粒干硬、细小,说明可能便秘;粪便呈长条形或稀薄水样,说明幼兔可能患有肠炎。 至于怎样区分雌雄兔,专家会告诉你,科学的方式当然是查看兔子的“私处”,即生殖器。这对于3-4个月以上的兔子很容易,因为这个时期的雄兔生殖器基本发育完全,可以清晰地在体外看到睾丸。但是不足三个月的兔子,这些体征并不明显,只能说,一般雌兔的阴部孔洞呈扁纵形,离肛门较近;而雄兔的阴部孔洞呈圆形,离肛门较远。 鼠兔、兔狲、蹄兔、兔豚鼠都是兔子吗? 别以为兔子容易识别,真正要鉴别出具体的种还是有难度的。更别说,还有不少长得像兔的动物,比如鼠兔、兔狲、蹄兔、兔豚鼠等,它们甚至名字里还带着一个“兔”字,更让人难以分辨。 鼠兔虽属兔目类,却不完全属于兔科,而是鼠兔科鼠兔属,主要分布于青藏高原附近和亚洲中部的高原或山地,目前所知,包括33个种类。其特点大多是体型小、耳短、眼黑、体毛呈茶褐色。因为喜欢在山体的天然石隙中筑巢,鼠兔又有“石兔”之名。从面相上看,鼠兔像是鼠类,但生理特性和食性又和兔子更接近,因此通常被认为是一种介于兔与鼠之间的神奇动物——具体来说,与鼠类不同,鼠兔上颌只有一对门齿,这一点与兔类又不同,因为兔类上颌的门齿两侧通常还有另一对较小的门齿。 兔狲则是猫科、兔狲属的动物,体型粗短,大小似家猫,叫声也似家猫,但较粗野。兔狲的额部较宽,吻部很短,瞳孔为淡绿色,耳短宽,耳尖圆钝,两耳距离较远,全身被毛极密而软,绒毛丰厚。它们多栖息于沙漠、荒漠、草原或戈壁地区,主要分布于亚洲中部地带向东至西伯利亚,能适应寒冷、贫瘠的环境,常单独栖居于岩石缝里或利用旱獭的洞穴。它们也属夜行性动物,视觉和听觉发达,主要以鼠类为食,也吃野兔、鼠兔、沙鸡等。 蹄兔是一类有蹄类哺乳动物,是蹄兔属下唯一的一个种,它们身被针毛,毛粗硬而蓬松,外貌似穴兔,但前足有4趾,后足有3趾,都是似蹄状的趾甲,因而得名。它们的现生类型个体小,形似兔、鼠或狸,脚掌有具特殊附着力的无毛足垫,有攀登能力,主要分布于北非撒哈拉以南的地区及中东和阿拉伯半岛等地。蹄兔喜群居,喜爱鸣叫,因此又名啼兔。它们属植食性动物,偶尔也会吃昆虫。 谁能想到,蹄兔这种小动物竟然与大象是同一个祖先。目前世界上的蹄兔共计有3属10种,体型方面差别不大,成年之后的体长大约为50厘米。它们都不会挖掘洞穴,只能居住在岩石缝或者是灌木丛里。 兔豚鼠顾名思义就更像鼠类,但与那种常被当作宠物养、被称为“荷兰猪”的小豚鼠不同,兔豚鼠通常是指巴塔哥尼亚豚鼠。它是大型啮齿动物,外形像豚鼠又像兔子,还有点像驴。它的四肢非常长,擅长快速奔跑,主要分布在阿根廷境内的中、南部,被誉为阿根廷最奇怪的动物之一,最特别之处是它们后脚趾上长有钩形爪。 来源: 羊城晚报
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