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PNAS:“老鼠变大象”至少需要2400万代

2012/02/01 来源:果壳网
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导读
哺乳动物演化的速度是否有上限?研究者最近表示,假设变化以最高的速度来进行,哺乳动物在陆地上从老鼠一般大演化到大象的体型,要用约2400万代。

哺乳动物演化的速度是否有上限?研究者最近表示,假设变化以最高的速度来进行,哺乳动物在陆地上从老鼠一般大演化到大象的体型,要用约2400万代。

今天走在地球上的最大哺乳动物,是从6500万年前恐龙灭绝后繁盛起来的小动物演化而来的。从小东西变为巨兽,花费了漫长的时间。

在1月31日发布于《国家科学院院刊》(PNAS)上的 报告 中,澳大利亚莫纳什大学演化生物学家埃文斯(Alistair Evans)和同事研究了过去7000万年间,多个大陆上28个目哺乳动物的最大体重是如何演化的。通过对比不同时间点上各哺乳动物群体中体型最大者,并借助现代哺乳动物来估计每个群体中一代大概对应多长时间,研究者分析了哺乳动物发展的速度。

之前人们曾根据小鼠身上的微演化(microevolution)估计,从哺乳动物从老鼠大小演化至大象大小,体型增大10万倍大约要花20万至200万代。

埃文斯表示,这表明相对微演化,宏演化(macroevolution)的速度是相当缓慢的。小级别的变化可以很快出现,但是较大规模的变化需要更多的时间。如果我们消灭所有比兔子体型大的动物,那么接下来要等上至少500万代才能出现大象一样大的动物,体型增大1000倍,换算成时间大约是2000万年。

反潮流

不是所有的动物群都遵循同样规律,鲸这种最大的哺乳动物比陆生哺乳动物要演化得快得多,它们大约用了300万代就实现了体型增大1000倍。埃文斯表示,这种区别大概是陆地和海洋演化限制所造成的,比如就维持身体热量这个问题来说,在海洋中较大的体重会更有优势。

相比体型变大,体型变小会发生得更快。设想一下,大象体型大小的哺乳动物变为老鼠体型要花多长时间?研究者认为,相比变大,体型变小的速度会快上30倍不止。美国加州峡岛的侏儒猛犸(Mammuthus exilis),以及欧洲泽西岛的马鹿(Cervus elaphus)身上发生的快速演化就与这种设想相符合。

埃文斯说,超大的陆生哺乳动物需要巨大的空间,才能找到足够的食物。即使是与100年前相比,动物可能也已经不能得到足够的食物,或生存得够久来长到足够大了。

The maximum rate of mammal evolution

Alistair R. Evansa, David Jonesa, Alison G. Boyerc, Mark D. Uhenq

How fast can a mammal evolve from the size of a mouse to the size of an elephant? Achieving such a large transformation calls for major biological reorganization. Thus, the speed at which this occurs has important implications for extensive faunal changes, including adaptive radiations and recovery from mass extinctions. To quantify the pace of large-scale evolution we developed a metric, clade maximum rate, which represents the maximum evolutionary rate of a trait within a clade. We applied this metric to body mass evolution in mammals over the last 70 million years, during which multiple large evolutionary transitions occurred in oceans and on continents and islands. Our computations suggest that it took a minimum of 1.6, 5.1, and 10 million generations for terrestrial mammal mass to increase 100-, and 1,000-, and 5,000-fold, respectively. Values for whales were down to half the length (i.e., 1.1, 3, and 5 million generations), perhaps due to the reduced mechanical constraints of living in an aquatic environment. When differences in generation time are considered, we find an exponential increase in maximum mammal body mass during the 35 million years following the Cretaceous–Paleogene (K–Pg) extinction event. Our results also indicate a basic asymmetry in macroevolution: very large decreases (such as extreme insular dwarfism) can happen at more than 10 times the rate of increases. Our findings allow more rigorous comparisons of microevolutionary and macroevolutionary patterns and processes.

文献链接:http://www.pnas.org/content/early/2012/01/26/1120774109

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