首页 > 分享 > Science | 食肉性猪笼草的趋同揭示了一种复合性状进化的机制

Science | 食肉性猪笼草的趋同揭示了一种复合性状进化的机制

萌宠菠菠乐园
2025-02-17 14:43

2024年1月5日，Science在线发表了一篇关于猪笼草进化的封面文章，“Convergence in carnivorous pitcher plants reveals a mechanism for composite trait evolution”，揭示了复合性状进化的可能机制，并强调随机表型变异作为进化新特性的促进因素的重要性。此项工作由Guillaume Chomicki等七位学者合作完成，他们分别来自于英国、美国和加拿大的六所高校。

最新一期Science的封面：猪笼草将蚂蚁引诱到屋顶状的陷阱盖下面

本篇论文的摘要如下：

复合性状涉及多个组件，只有当它们结合在一起时，才能获得新的协同功能。因此，它们如何进化仍然是一个谜。

本文将田间实验、显微镜、化学分析和激光多普勒振动测量与比较系统发育分析相结合，表明两种食肉猪笼草物种在三个不同性状上独立进化出类似的适应性，以获得一种新的复合捕获机制。

比较分析表明，这种新性状是通过所需性状组合的“自发巧合”而不是在组件性状上的定向选择而趋同产生的。

本文的结果表明复合性状进化的可能机制，并强调随机表型变异作为进化新奇性的促进因素的重要性。

研究背景：

复合性状由多个独立成分组成，这些独立成分组合在一起形成新的协同功能。例如，鸟的翅膀结合了形态、骨骼解剖和皮肤附属物的适应性，将前肢转化为翼型，而形状、颜色和生物合成途径的独立改变支撑着食肉植物的捕虫叶。

解释复合性状的起源一直困扰着生物学家，因为它需要多个独立成分的协同进化。因此，提出了表型可塑性等额外因素在复合性状进化中发挥作用。Levis等人证明，在北美锄足蟾科这个物种中，通过高表型可塑性和随后对新复合性状的适应性精细调整，出现了具有三个独立形态适应性的食肉蝌蚪形态。

广义上的可塑性包括由相同基因型在不同环境下的表型变异（严格意义上的可塑性）和相同条件下由相同基因型表达的随机表型变异。这两种类型的可塑性都不是由遗传差异介导的，而是由表观修饰介导的，至少在植物中可能是可遗传的。除了遗传变异外，广义上的可塑性可以对选择下的总表型变异做出实质性贡献；然而，实证数据表明其在性状进化中的作用仍然缺乏。

任何性状的进化都是自然选择的结果，其中性状是由适应压力塑造的，并倾向于随着时间的推移向特定方向变化(决定论)，以及在性状的进化史(偶然性)背景下的随机事件和过程，如突变或遗传漂变(随机性)。因此，复合性状可能是由于自然选择同时作用于多个性状、随机效应或两者的结合而产生的。

研究结果：跳板陷阱——具有三个独特部件的复合特性

猪笼草利用光滑的表面，在杯形叶子（图1，A和G）中捕获昆虫猎物，叶子上有屋顶状的盖子，而盖子通常不参与捕获；然而，在东南亚的Nepenthes gracilis中，它充当一个雨水驱动的“跳板”，将昆虫弹射到充满液体的陷阱中（图1D）。我们发现，塞舌尔群岛特有的Nepenthes pervillei与N. gracilis相距4000公里，但使用相同的跳板机制（图1J）。

两个猪笼草物种中跳板陷阱的适应性