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研究专注于海洋鱼类的进化决定论和融合

在淡水湖泊中,棘背式系统是一个经过充分研究的系统,但是在海洋环境中,占据水柱中不同位置的会聚形态型的演化尚不清楚。一个由俄克拉荷马大学研究人员领导的国际科学家小组决定测试不同海洋盆地海鱼物种从底部到中水生境的独立过渡在多大程度上导致身体形态形态的反复进化,这一点可与刺背。

这项研究的动机基于著名的哈佛大学古生物学家和进化生物学家斯蒂芬·J·古尔德(Stephen J. Gould)的著作《美好的生活》(Wonderful Life)(约1989年)。

OU领导的研究“与海洋鱼类水柱过渡有关的进化决定论和融合”由美国国家科学院院刊发表,并得到了美国国家科学基金会的资助。 OU的研究人员,包括生物学助理教授Ricardo Betancur-R,萨姆·诺布尔俄克拉荷马州自然历史博物馆生物学助理教授兼助理策展人Dahiana Arcila,以及生物学博士后生Melissa Rincon-Sandoval和生物学研究生Emanuell Duarte-Ribeiro和Aintzane Santaquiteria。

它还邀请了来自美国的乔治华盛顿大学,史密森尼学会,斯克里普斯学会和美国旧统治大学以及澳大利亚的詹姆斯·库克大学和哥伦比亚国立大学的合作者。

该研究需要收集超过100种鲷鱼的全基因组DNA数据,其中包括商业上重要的食用鱼(例如红鲷鱼),这些鲷鱼在世界上所有物种的近海和热带亚热带水域中都发现了与珊瑚礁或岩石基质有关,而其他则几乎完全生活在中水域。它还汇总了身体形态,生态栖息地,地理分布以及古生物学和地质信息的数据层。

像刺背鱼一样,鲷鱼提供了一个独特的进化系统,可以评估沿着水柱的转变持续导致相似身体计划演变的程度。Betancur-R和他的团队对这些想法进行了严格的测试,表明在整个4500万年的鲷鱼历史中,祖先的谱系在所有主要海洋中多次独立入侵水域。这些进化过渡与趋同表型持续相关,在这种表型中,深厚的底栖生物形式带有截尾状的尾鳍,已反复演变成带有分叉状的尾鳍的细长中水物种,从而减少了水动力阻力并提高了游泳性能。

古尔德在他的《精彩生活》一书中提出了一个著名的思想实验。他建议,如果我们可以在相同的开始条件下多次重演生活,那么每次我们都会取得截然不同的结果。

尽管我们无法重现生命的繁华,但我们仍然可以看到在不同位置的相似生态条件下,进化的结果。在过去的几十年中,乔纳森·洛索斯(Jonathan Losos)和其他进化生物学家表明,重播生命而不是时间的生命带确实产生了可重复和可预测的结果。

一个这样的例子来自大安的列斯群岛的小蜥蜴。Losos和他的团队的研究与Gould的观点相矛盾,因为在每个主要岛屿中,非常相似的一组专门的Anole物种已经独立并趋同地进化了。

尽管蜥蜴蜥蜴提供了陆生生境中进化可预测性的教科书实例,但在水生生物中也发现了类似的过程。例如,三刺棘背鱼是一种小型海鱼,原产于北美,欧洲和亚洲的沿海地区。值得注意的是,该物种已在世界各地成千上万的淡水溪流和湖泊中定居。大多数定居事件导致了水体呈细长体以浮游动物为食的深水形式,以及水体以深海体以大型无脊椎动物为食的底栖生物的演化。像肛门一样,每个湖泊中不同的形态彼此之间的关系比与不同湖泊中生态上相同的形态之间的关系更紧密。

与古尔德的假设相反,研究人员可以预测,如果要形成一个新的湖泊,它将最终被海洋棘背鱼所定居,这些棘背鱼将演变成细长的中层水体和深厚的底栖生物。

在淡水湖中,棘背式系统是一个经过充分研究的系统,但是在海洋栖息地中,在水柱中占据不同位置的会聚形态型的演变却鲜有研究。研究人员挑战古尔德的观点,表明趋同的生态和功能表型普遍存在于不同谱系之间以及跨越不同年龄的鲷鱼谱系中,为类似的环境挑战提供了可预测的解决方案,最终证明了体形进化的强有力的进化决定论。

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