英国《新科学家》周刊网站：生命进化的五个隐秘法则

英国《新科学家》周刊网站：生命进化的五个隐秘法则

（化石网cnfossil.com）据参考消息网（编译/赵菲菲）：英国《新科学家》周刊网站7月12日报道，一艘载满大象和老鼠的船在一座偏僻小岛搁浅。这些动物活了下来，并开始繁殖。但是，若干代以后，奇怪的事情发生了：大象缩小到与设得兰矮种马一般大，老鼠则长到猫那么大。支配它们的是一种怪异的进化法则。

按照我们熟悉的自然选择进化过程，随着时间的推移，适应环境的物种会把帮助它们成功的基因传给后代。但你或许没有意识到，在某些地方，进化的工作受制于某些规则，其后果相当惊人。

例如，在南北极附近，动物往往会长得比你想象的还要大。而在热带地区，鸟类常有惊人的巨喙，羽毛的颜色可能异常深。岛屿上的进化过程则格外奇异。

这些模式背后的诸多生物“法则”由科学家于19世纪提出，尚不能完全确定它们能否经得起现代的审视。但是，在过去10年里，生物学家不仅证实其中许多法则是正确的，还揭示了它们发挥作用的方式和原因的有趣细节。

美国古生物学家爱德华·德林克·科普主要因在19世纪末发现大量巨型恐龙而闻名于世。科普还分析了北美的远古哺乳动物，并在化石记录中发现了一种趋势：随着地质时间的推移，哺乳动物会进化出更大的体形。

这种观点后来被拓展至涵盖陆地上和海洋中的各种生物，但一直存在争议。美国古生物学家斯蒂芬·杰伊·古尔德认为，这只是我们的想象，因为我们往往会关注大东西并忽视小东西。但是，2015年，美国斯坦福大学的乔纳森·佩恩领导的一个研究小组用涵盖过去5.42亿年来生存过的1.7万种海洋动物的庞大数据集来验证这种观点。结果发现，至少在海洋领域，这个法则真实存在：从头足类动物到鱼类，各种海洋生物都随着时间的推移越长越大。

原因仍然是个谜。体形大似乎有某种内在优势，但我们不清楚到底是什么优势。佩恩说：“我感觉，重点在于体形大的物种有生态空间。当你体形很大时，就可以做别的动物做不到的事情。”比如，一些鲸可以猎捕体形过大、其他动物无法进食的头足类动物，因此面临的竞争较少。

佩恩认为，最大的海洋生物——从鲸到海栖爬行动物——现在或曾经呼吸空气也许并非巧合。他说：“空气中的氧气比水里多得多，而且空气没那么黏稠，因此呼吸起来比较容易。如果你能轻松地给身体组织输送氧气，那就更容易长得更大。”

19世纪70年代，美国动物学家乔尔·阿萨夫·艾伦指出了北美鸟类和哺乳动物的不同寻常之处。粗略地说，当你向北旅行，你会发现兔子和狐狸的耳朵越来越短，乌鸦和啄木鸟的喙也越来越短。我们如今知道，艾伦无意中发现了一条全球性法则，即身体附器的大小与温度有关。澳大利亚迪金大学的马修·西蒙兹说：“看看巨嘴鸟就知道了。”生活在亚马孙地区的托哥巨嘴鸟长着巨大的喙。西蒙兹说：“但是，在比较凉爽的安第斯山脉地区，山地巨嘴鸟却长着（相对）小且短的喙。”

对于艾伦法则，科学家给出的解释是，热带动物面临过热风险，因此进化出表面积与体积之比很高的大附器，然后通过这些附器更有效地排放身体的热量。相比之下，极地物种需要保存热量，因此附器较小。

但动物要散发或保留身体热量，还有其他方法。19世纪40年代，德国生物学家卡尔·伯格曼指出，物种在较暖气候条件下往往体形较小，在较冷气候条件下体形较大。有趣的是，伯格曼法则与艾伦法则有相似的解释：一种需要散热的热带动物可以通过变小来提高表面积与体积之比。

今年早些时候，西蒙兹及其同事发表一篇文章，分析了这两种法则在全世界99.7%的鸟类物种身上如何相互作用。例如，伯格曼法则预测，随着气温升高，物种的体形应该会缩小。但大型鸟类如果进化出特别大的附器来促进散热，就可能保持较大的体形，进而违反伯格曼法则。

还有最后一个转折。随着世界变暖，艾伦法则可能导致动物为保持凉爽而长出更大的附器。但是，最终，一些地区的气温将超过动物的体温，这一法则也将不再适用。西蒙兹说：“到那时，大喙就成了累赘，因为它实际上会吸收环境中的能量。”因此，附器在短期内可能会增大，从长期看可能会缩小。

英国生物学家查尔斯·达尔文在加拉帕戈斯群岛度过的时光对他提出自然选择进化论起到了关键作用。但是，他没有注意到岛屿上的某种现象：岛屿上动物进化出的体形往往要么异常大，要么异常小。

达尔文有充足的理由没能发现所谓的岛屿法则或福斯特法则。这项法则得名自生物学家布里斯托尔·福斯特，他在20世纪60年代撰写过相关论文。一旦你能重建岛屿物种和大陆物种之间的进化关系，这条法则才会变得显而易见。在岛屿上与世隔绝的大型动物物种往往会变得越来越小，而小型动物物种却变得越来越大。例如，生活在新西兰、体形较大的鸮鹦鹉从较小的祖先进化而来；而印尼一些岛屿上的缅甸蟒的体形只有大陆缅甸蟒的一半。

不过，批评者提出，在大陆上，动物体形大小同样有可能发生变化。这意味着，只有在你挑选出最有利的数据时，岛屿法则才成立。

20世纪70年代，美国生物学家利·范瓦伦得出一个惊人的结论：一个在地球上存在了几百万年、已证明自己是成功幸存者的物种，其灭绝的可能性与一个几千年前刚刚出现的物种一样大。这被称作“不间断灭绝法则”，或范瓦伦法则。范瓦伦给出的解释是，一个物种永远无法提高自己的生存概率，因为它始终在和其他物种竞争。比如，猎豹也许随着进化越跑越快，但由于它们捕杀的羚羊也随着进化越跑越快，猎豹捕捉到生存所需猎物的可能性没有提高。

尽管一个新物种通常仅限于生活在一个不大区域的少数个体，但之后其数量可能会增长至数百万，遍布整块大陆。有鉴于此，这条法则就更令人吃惊了。这个物种灭绝的可能性怎么会始终不变呢？

几年前，芬兰赫尔辛基大学的研究人员试图解决这个问题。他们建立的一个计算机模型表明，由于生物竞争和非生物因素（比如自然灾害或气候变化）之间的相互作用，灭绝率保持不变。

一个新进化出来的物种可能在进食或移动方式上带来创新。这意味着，该物种面临的竞争相对较少。但由于种群数量不多，且被限制在一个很小的地理区域，该物种因当地事件（比如火山喷发）灭绝的风险较大。相比之下，一个分布在广大地区的成熟物种因局部自然灾害而灭绝的风险较小。但是，如果这个物种基本上不再与世隔绝，随着时间的推移和新物种进化出来，它面临的灭绝风险也越来越大。威胁甚至可能来自与其相关的物种。例如，随着现代人类分布到世界各地，他们可能导致许多古人类物种的灭绝。

赤道物种的颜色往往比靠近两极的同类物种要深。例如，生活在撒哈拉以南非洲的果蝇，栖息地越靠近赤道，颜色就越深。德国生物学家康斯坦丁·格洛格尔在19世纪30年代注意到这种现象。但这种模式存在的原因仍没有定论。

2019年一项分析相关证据的研究提出，这可能是进化的副作用。其观点是，由于在温暖、湿润的地方寄生虫和病原体较多，生活在赤道附近的动物会进化出较强的免疫系统，而免疫系统基因碰巧与导致身体颜色较深的编码操作相关。

但这并不是颜色可能随纬度变化的唯一原因。美国克莱姆森大学的马修·科斯基说，热带地区受到的紫外线辐射也比靠近两极的地区多。因此，从原则上讲，一些生活在赤道附近的物种之所以颜色较深，是因为它们携带吸收紫外线的色素，这些色素会保护生物组织免受辐射伤害。

2015年，科斯基和他在美国匹兹堡大学的同事蒂娅-林恩·阿什曼表示，这种情况可能发生在一种名为蕨麻的植物身上。蕨麻的花朵在我们看来是黄色的。但是，在紫外线照射下，它们看上去有一个黑色的“靶心”，因为它们含有吸收紫外线的色素——蕨麻生长的地方离赤道越近，“靶心”就越大。

这种明显取决于纬度的模式未来可能会崩溃，因为气候变化导致云层模式发生变化，进而改变到达地球表面的紫外线辐射水平。2020年的一项研究证明，不同地区的植物在环境发生变化时，可以迅速改变花朵的外观。人们担心，这可能会让传粉昆虫在觅食时感动困惑。

科斯基和阿什曼已经证明，一些昆虫选择“靶心”较大花朵的可能性较低，也就是说，此类开花植物可能无法受精。科斯基说：“这对植物繁衍来说不是什么好事。”从宏观角度看，对于最终仰仗植物成功的全球生态系统来说，这可能是不祥之兆。