躺着也能加新种，看鸟类物种形成新规则

2017-2-23

翻译：Aoran Crazybirdy

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一种可能被认为是新物种的交嘴雀，是阐述鸟类如何改写物种演化规则的最新例子，分子遗传学研究带领我们洞察令人惊讶的动物进化模式。

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爱达荷州南部山脉的红交嘴雀（左图）的嘴比起（右图）红交嘴雀（Loxia curvirostra）的嘴看起来更长更深，这归功于它专吃美国黑松的种子

图片来源: Craig Warren Benkman; Adam Ciha/Great Backyard Bird Count

       每年当美国鸟类学会（American Ornithological Society，AOS）推出其最新的鸟类物种名单时，鸟人们都钻进了文献堆里去探个究竟。

       尤其是当AOS决定将一个物种分成几个物种时，鸟人们的观鸟名录又增加了不少。毕竟，这是他们躺在床上看着电视节目加个人新记录的唯一方式。

小编躺在床上加了一个加利福尼亚州丛鸦的新记录

拍摄人:Crazybirdy

       例如2016年，西丛鸦被分成加利福尼亚州丛鸦（Aphelocoma californica） 和伍氏丛鸦（Aphelocoma woodhouseii），鸟人们如果在西部的内华达山脉两侧观察记录过西丛鸦，便能够额外增加一种北美鸟类在自己的个人记录列表中。

加利福尼亚州丛鸦及其分布图

伍氏丛鸦及其分布图

       AOS不会轻易的做出将物种拆分的决定，因而他们会花几年时间严格审查并衡量所有的证据和意见。其中如何从遗传学角度将其归类，以及它们之间是否存在杂交（种间的杂交时有发生，但通常是小范围且较为稳定的），是AOS考虑的两个核心问题。西丛鸦以及之前其他所有由AOS拆分的物种，都是在这个前提下做决定的。

       生物学家曾一度认为一个物种的差异，很大程度上是由于地理隔离所造成的。但如今，由于DNA分析的最新进展，他们意识到即使是同域分布，物种也能够分化。这一现象称为同域物种形成（sympatric speciation）。“显然，地理障碍（如海洋和山脉）仍然是驱动物种分化的主要因素，但其他因素，包括鸟类首选的食物、迁徙行为和性选择，也可以推动鸟类沿“不同的轨迹演化，”迈阿密大学热带生态学家J. Albert Uy说。

左侧为伍氏丛鸦  拍摄人：Alamy

右侧为加利福尼亚州丛鸦  拍摄人：Lou Orr

       然而，不是每个演化轨迹都会导致物种的完全的分化，同一物种的两个相邻种群需要有多大程度上的不同，才能被认为是一个新的物种，这个问题仍有很多的争论。 AOS可能需要在发现新的潜在杂交物种时，对这些热点的话题进行权衡。去年年底在《分子生态学》（Molecular Ecology）杂志上发表的一篇文章认为， 爱达荷州南部山脉的红交嘴雀应该成为一个独立的物种，尽管它们总是与其他生态型的红交嘴雀共享同一片常绿林。 “这是毫无疑问的，迄今为止，这是所有北美红交嘴雀中在遗传学上最为不同的一种（见下图）。文章的共同作者之一，怀俄明大学的进化生态学家Craig Benkman说 。

在对219只红交嘴雀和12只白翅交嘴雀，基于238,615个单核甘酸多态性位点（SNPs）构建的最大似然树中显示，南部山脉的红交嘴雀（South Hills crossbill）形成了一个单独的分支

       北美洲至少有九种其他生态类群的红交嘴雀；每一种都有略有不同的鸣声和嘴型， 用来掰开其选择的针叶树果实，无论是道格拉斯冷杉，西部铁杉或美国黄松，所有这些针叶树都可以出现在同一区域。因此它们之间的遗传差异与喙型的大小相关，而不是与地理距离，” 研究歪嘴型雀形目鸟类三十多年的Benkman说。他发现南部山脉的这些红交嘴雀几乎没有与其他生态型的红交嘴雀杂交繁殖的记录，即便它们经常互相接触。

       虽然所有的红交嘴雀都吃针叶树果实的种子，只有南部山脉的这些红交嘴雀，有着完美地适合于吃当地美国黑松的喙型。这些树木有被气候变化摧毁的危险，它们的果实拥有独特的形状，不同于其他地方松树的果实，Benkman认为这也是该地区缺少松鼠的原因。

根据针对喙型的主成分分析（PCA）研究显示

南部山脉的红交嘴雀有着明显与众不同的喙型

图中的颜色和数字与系统发生树图中不同颜色的生态群（ecotypes）相对应，来源于不同的地理区域

       通过影像资料，Benkman和他的同事发现，交嘴雀更有可能响应与自己匹配的鸣声。这里的原因要追溯到松树：之前的研究表明，鸣声根据鸟喙的尺寸变化，并最终由鸟类选择的食物所决定。“当喙型的深度有半毫米的差异时， 对某些物种来说可能不太重要，但是在交叉喙型的物种那里，这些差异是很重要的，”Benkman说。“ 它们对待彼此就仿佛它们不在同一个星球一般。” 虽然它们处于同一分布，但并不一定相互产生杂交，因此两种交嘴雀朝不同的方向演化。

根据对不同生态群的种群遗传结构分析来看，每一个条带代表一个采样个体，k值代表推断采样群体来自几个遗传类群的数目，条带中出现其他的颜色表明与其他颜色的群体存在多少基因杂合的比例，可见南部山脉的红交嘴雀（红色）几乎不与其他交嘴雀产生杂交

       同样的演化模式也正在亚利桑那州的天空岛（sky islands）上出现，研究人员发现了相邻的白胸鳾（Sitta carolinensis）种群之间的遗传差异。让科学家惊讶的是，两个生活在相距几百英里橡树林里的鳾，比生活在同一山脉里的鳾种群遗传上更为接近。拥有堪萨斯大学生态学和进化生物学博士学位的第一作者Joseph Manthey 解释说：“栖息地的不同驱使它们在遗传上分化，这还不能最终导致物种形成，但这很可能是物种形成的开始。”生活在加利福尼亚海岸上一个岛上的圣岛丛鸦（Aphelocoma insularis），似乎以类似的方式分化。

纯色维达雀（Vidua purpurascens）模仿其宿主红腹火雀（Lagonosticta rhodopareia）口腔上颚的花纹，并发出与红腹火雀雏鸟相似的鸣声来获得食物

       在其他大陆，同域物种形成同样被研究学者注意到。一种来自非洲的巢寄生鸟类维达雀最为明显。它们的分化似乎是由它们宿主的鸣声所导致，而并非地理隔离。它们模仿宿主的鸣声，作为获得宿主抚育的一种方法。因为它们只与具有和自己相同鸣声的其他的达维雀交配，所以每一种它们选择的新的宿主就会导致一种达维雀分化，形成不同的基因库。此外，有研究表明，加拉帕戈斯群岛的中地雀（Geospiza fortis），亚速尔群岛的斑腰叉尾海燕（Oceanodroma castro）以及特里斯坦达库尼亚群岛的特岛雀（Nesospiza acunhae）也可能在演化上偏离了与它们亲缘关系较近的类群。在其他动物，尤其是昆虫中，也出现了类似的物种形成的模式。

红交嘴雀（Loxia curvirostra）

拍摄人：Adam W Ciha

       从这些例子我们可以看出，动物的演化可以非常的迅速。例如，南部山脉的红交嘴雀早在6000年前（Benkman说根据花粉化石的记录，那个时候美国黑松刚刚出现在该地区）就已经产生了分化，但它的遗传变异并没随时间而不断的累加。事实上，“在不同的鸟类物种之间通常只有很少的遗传差异，” 奥杜邦圣诞节鸟类调查的总监，鸟类学家Geoff LeBaron说：“DNA中即便是微小的差异都可能需要很长时间来积累。”

       不论如何，交嘴雀的演化还有待探讨。拆分这个交嘴雀物种便会产生出几种有着显著差异的交嘴雀，这就是为什么人们希望能够慎重考虑这一决定。奥杜邦野外部分的编辑，一位观鸟大咖Kenn Kaufman说：“我们希望在我们先弄清楚所有的细节之后，再开始谨慎地拆分一些物种。也许AOS会在今年夏天作出最后的决定 。如果AOS决定拆分这种红交嘴雀，那么不仅给鸟人们在进化方面上了新的一课，同时也可能让他们在家里躺着就加了一个个人新记录。

参考文献：Parchman, T. L., Buerkle, C. A., Soria‐Carrasco, V., & Benkman, C. W. (2016). Genome divergence and diversification within a geographic mosaic of coevolution. Molecular Ecology, 25(22), 5705-5718.

 

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