一项新的研究发现,逆戟鲸、海豚和鲸鱼等水生哺乳动物进化到再次在陆地上生活的机会几乎不存在。研究人员发现,使这些动物能够在水中生活的适应已经过了一个进化阈值,这标志着它们再也无法回到陆地生命了。
3.5 亿至 4 亿年前,第一条鱼从水中爬上陆地。这些笨拙的脊椎动物最初有四肢,可以让它们四处走动,随后的几代进化成了我们今天看到的四足动物物种。
四足动物是有四个肢体和不同手指的脊椎动物,包括两栖动物、爬行动物和哺乳动物。虽然大多数哺乳动物留在陆地上,但有些哺乳动物(大约从 2.5 亿年前开始)返回水中,发展出适应能力,使它们能够利用这些栖息地。
向陆地的转变只发生过一次,但向水的转变却反复发生——这让研究人员质疑水生哺乳动物是否可以重新适应陆地生活,如果不能,为什么?
在 7 月 12 日发表在《英国皇家学会学报 B》杂志上的新研究中,研究人员研究了 5,600 多种哺乳动物来研究这个问题。他们发现从陆地到水的转变可能是“不可逆转的”。
进化不可逆的观点最早由比利时古生物学家路易斯·多洛在19世纪提出。这一原则被称为多洛定律,它指出,一旦某个复杂的特征随着时间的推移在一个谱系中消失,它就不太可能在后代中重新出现。
为了在哺乳动物中验证这一想法,研究人员将数千个物种分为四类:完全陆地的物种、具有一定水生适应性但仍能在陆地上移动的物种、在陆地上移动有限的物种以及完全水生的群体,如鲸鱼。
研究人员的模型研究了具有表明共同祖先的分支的物种之间的进化关系。通过比较这些物种之间的特征,研究人员创建了模型来估计进化特定特征的概率。
“我们工作的要点之一是包括从完全陆地到完全水生形式的适应的整个梯度,并测试这些适应是否是不可逆转的,”该研究的主要作者、弗里堡大学的博士生布鲁纳·法里纳(Bruna Farina)说。瑞士,告诉《生活科学》。
研究小组发现,半水生物种和全水生物种之间存在一个阈值,一旦超过该阈值,水生适应就不可逆转。向水生环境的转变与多种变化有关,包括体重的增加帮助它们在寒冷的环境中保留热量,以及肉食性饮食以支持它们的新陈代谢加快。布鲁纳告诉《生活科学》杂志,这种变化可能会使其难以与陆地生命形式竞争。
法里纳说:“我们发现,从完全陆地生物到半水生生物的一小步过渡是可能的,但某些水生适应存在一个不可逆转的阈值。” 因此,鲸鱼和海豚等完全水生动物返回陆地的机会几乎为零。
利默里克大学比较基因组学研究员维拉格·夏尔马 ( Virag Sharma)表示:“虽然多洛定律经常出现在此类宏观进化研究中,但作者们已经能够揭穿海洋向陆地转变并非完全不可能的神话。”一位没有参与这项研究的人告诉《生活科学》杂志。
他补充说,这篇论文只关注哺乳动物,因此未来的研究可以看看其他四足动物谱系是否也存在同样的不可逆转性。