站在第一隻蝴蝶真的會改變進化的歷史嗎?

站在第一隻蝴蝶真的會改變進化的歷史嗎?
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瑪莎瓊斯: 這就像在那些電影中:如果你踩到一隻蝴蝶,你就會改變人類的未來。

醫生: 然後不要踩任何蝴蝶。 蝴蝶對你做了什麼?

科幻作家似乎無法就時間旅行的規則達成一致。 有時候,就像在神秘博士(上圖)中一樣,角色可以及時旅行並影響小事件而不會改變歷史的宏偉歷程。 在其他故事中,例如“回到未來”,即使是過去旅行者行動中最微小的時候也會產生不可預測的改變未來的重大漣漪。

進化生物學家幾十年來一直在討論進化如何發揮作用。 在1989(回歸未來的第二部分)中,美國古生物學家斯蒂芬傑伊古爾德出版了他的永恆書籍“美好生活”,以其命名 經典電影 這也涉及各種時間旅行。 在其中,他提出了一個思想實驗:如果你可以重播生命的錄音帶,重新開始進化的歷史並再次運行它,會發生什麼? 您是否仍然可以看到與之前所有演變事件一樣的電影? 或者它更像是重新啟動,物種以不同的方式發展?

古爾德的回答是後者。 在他看來,不可預測的事件在自然歷史中起了重要作用。 如果你要回到過去並踩到第一隻蝴蝶(讓人聯想到1952的短篇小說) 雷霆的聲音 通過Ray Bradbury),蝴蝶不會再次進化。

據推測,這是因為我們在自然界中看到的變異 - 生命形態可能具有的許多不同的物理特徵和行為形式 - 是由隨機遺傳事件引起的,例如基因突變 和重組。 自然選擇過濾這種變異,保留和傳播使生物體具有最佳生殖優勢的特徵。 在古爾德看來,由於導致第一隻蝴蝶的一系列突變是隨機的,它們不太可能第二次出現。

趨同進化

但不是每個人都同意這張照片。 一些科學家 捍衛“趨同進化”的觀念。 這是當彼此不相關的生物體獨立地演變出響應其環境的相似特徵時。 例如,蝙蝠和鯨魚是非常不同的動物,但它們都通過聆聽它們周圍的聲音迴聲而“演變”的能力(迴聲定位)。 大熊貓和人類都在進化 對生拇指。 動力飛行已經發展 至少四次在鳥類,蝙蝠,翼龍和蝴蝶等昆蟲中。 而且眼睛是獨立進化的 至少50次 在動物史上。

甚至情報也發生了多次。 著名的古生物學家西蒙康威莫里斯曾被問到,如果恐龍還在這裡,它們是否會變得聰明起來。 他的回答 那是“實驗已經完成,我們稱之為烏鴉”,指的是鳥類的事實,包括鳥類 非常聰明的烏鴉物種,進化 來自一群恐龍.

收斂進化表明物種可以通過一些最佳方式適應環境,這意味著(如果您有足夠的信息),您可以預測物種長期可能如何進化。 如果你踩到第一隻蝴蝶,另一隻蝴蝶般的昆蟲最終會進化,因為其他突變最終會產生相同的特徵,這些特徵將受到自然選擇的青睞。


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A 最近的一項研究 在“當代生物學”雜誌中,似乎有利於收斂進化。 這項研究調查了棍子蜘蛛如何在夏威夷群島進化,並為不同的,孤立的動物群體提供獨立演變相同特徵的證據。

群島通常被稱為自然實驗室,因為它們是有效封閉的環境。 每當一個物種在一個新島嶼上殖民時,就會發生一個新的適應性獨立實驗。 一個標誌性的例子是適應加拉帕戈斯島上各種食物來源的雀類,這一事實幫助查爾斯達爾文發展了他的自然選擇理論。 其中一些人甚至陷入了新的行為 雀科的種類.

夏威夷群島上的大多數野生蜘蛛都有金色,深色或白色的身體顏色作為偽裝,以躲避捕食者,如鳥類。 科學家利用各種蜘蛛物種的DNA來重建它們如何進化的歷史。 他們表明,黑蜘蛛和白蜘蛛已經從祖先的金蜘蛛中反復進化,在黑蜘蛛的情況下是六次,在白蜘蛛的情況下是兩次。

機會還是必需品?

這項研究是在同一地理區域發生的趨同進化的一個顯著例子。 它讓人想起經典的研究 Anolis蜥蜴 進化生態學家Jonathan Losos注意到不同加勒比海島嶼上的蜥蜴獨立進化了 多次相同的適應。 所有這些都表明,在足夠長的時間內生活在特定環境中的生命形態可能會演變出某些特徵。

但是,趨同進化的證據並不排除機會的作用。 毫無疑問,它們產生的突變和生物變異是隨機的。 生物是具有多種性狀的馬賽克,每種性狀具有不同的進化歷史。 這意味著在蝴蝶的地方進化的任何東西可能看起來都不一樣。

證據無論如何都不是決定性的,但也許機會和必要性都在進化中發揮作用。 如果我們再次運行生命磁帶,我想我們最終會得到我們今天所擁有的相同類型的生物。 可能會有初級生產者從土壤中提取營養物質,從太陽中提取能量,以及其他生物來自周圍的生產者。 其中許多人會有眼睛,有些人會飛,有些人會很聰明。 但它們看起來可能與我們今天所知的植物和動物截然不同。 甚至可能沒有任何聰明的雙腿哺乳動物。

談話所以,萬一你發現自己回到過去,不要踩任何蝴蝶。

關於作者

Jordi Paps,生物科學學院講師, 埃塞克斯大學

這篇文章最初發表於 談話。 閱讀 原創文章.

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