四種物種形成過程的比較圖
异域物种形成,又称异域成种、地理物种形成,是物种形成的一种机制,发生的条件为一个物种的种群因为地理环境改变(例如造山运动)或社群本身发生改变(例如种群的迁出)而被隔离。隔离的种群会在基因型及/或表形上发生趋异,原因为:隔离的种群与原本的种群面临不同的选择压力,或各自发生遗传漂变,又或各自的基因池发生突变。[1]
这样,一段时间以后,两个种群会进化出不同的特征。即使地理阻隔后来消失,两个种群之间会变得不能成功交配。这时,这两个拥有不同基因的群落便成为了不同的物种。地域隔离是物种形成的重要因素。[2]达尔文在加拉帕戈斯雀观察到的辐射适应,是生活在不同岛屿的种群之间发生异域物种形成的结果。
隔离机制
当一个物种的种群之间出现基因隔离,异域物种形成便会发生。“异域分布”是生物地理学名词,指两个生物的活动范围完全分隔,它们不会同时在同一个地方出现。如果这些生物十分类似(即为姐妹种),那么它们很可能就是异域物种形成的产物。隔离可以通过地质活动或种群扩散发生。
地理隔离
地质活动隔离种群的途径包括山脉或峡谷的形成、冰川活动、陆桥的形成或消失和大型水体的沉降。从宏观的角度来看,板块构造是引致地理隔离的主要因素。
大约5万年前,美国西部死谷一带的气候多雨,因此形成了很多互相连接的淡水河流和湖泊。其后1万年气候逐渐变得干旱,河流和湖泊的面积减少,鱼类的种群因此发生地理隔离。现在仅存的分隔的泉里出现的鱼类物种基因都十分近似,但都发展出适应各自环境的特征。
地理阻隔物所能隔离种群的程度,取决于生物及其后代的流动性。例如峡谷可以有效阻隔小型哺乳类动物的迁移,但却不能阻隔飞鸟和靠风传播种子的植物。[3]
种群扩散
种群扩散一词用来形容种群的迁移,迁移可能以范围扩张(离开父母的自然活动)或跳跃性扩散(越过阻隔物)的形式发生。如果迁出的种群部分的基因与原本种群的基因发生隔离,独立的基因突变、选择压力和遗传漂变就会出现,这样两个种群就会开始各自的进化路径。动物迁徙或意外的迁移(例如鸟类被风吹到另一个地方)都可能分隔种群,当两个种群没有基因流,物种形成就可能发生。
边缘种群的异域物种形成
當不同的種群的基因被隔離,遺傳的微小變異會一直不斷地積累,這會導致它們與母族群出現不少的差異,最終可能形成生殖隔離。
在母族群活動範圍邊緣活動的種群部分有較大的機會形成生殖隔離,這些邊緣種群較有可能擁有與母族群不同的基因在隔離後,創始種群代表母種群的基因池的機會較小。此外,被隔離的種群大多佔原來種群的少數,它們的基因池因此較易受到遺傳漂變的影響。它們也很可能處於與原來不同的環境,因此也會面臨不同的選擇壓力。邊緣種群的生存環境通常較差,範圍擴張多會受到規限,大部分受到這種隔離的種群都會死亡,只有少數能存活並成種。
生殖隔离的出现
外部环境改变不是生殖隔离出现的直接原因。生殖隔离的出现更多是随机的基因趋异的结果。[4]恩斯特·麦尔在1942年给物种作出这样的定义:“物种种群的个体之间可以产生能成活的后代,但不能与其他物种的个体产生能成活的、可繁衍的后代。”这个定义强调了生殖隔离是物种形成的基础。[5]异域物种形成的提出者麦尔的假想是,异域分布的种群发生适应变异,导致在杂种中发生负异位显性,它们的后代因此不能生育。
如果种群之间虽然有基因或表型的差异,但仍可生产后代,这样它们通常会分类为亚种。
例子
果蝇的异域物种形成
非洲象通常被视为同一物种,但因为形态和DNA都出现差异,有科学家把它们分为3个亚种。圣迭戈加利福尼亚大学的研究员认为,这些趋异的原因是地理隔离,非洲西部的象和非洲中部、东部和南部的旱原上的象,或非洲中部森林的象应视为不同物种。亚洲象的情况类似,现发现4个亚种。[6]
另外也有其他一些形态相差很大的,在不同大陆生活的种群能够杂交,这些都分类为亚种。例如当绿头鸭引进新西兰后与当地的灰鸭成功杂交,两者原来分类为不同物种,对于现在应如何处理这个问题,争议很大。
参见
脚注
参考资料
- Campbell, Neil; Reese, Jane. Biology Sixth Edition 6. Benjamin Cummings. 2002. ISBN 0805366245.
- Fickel, J.; Lieckfeldt, D.; Ratanakorn, P.; Pitra, C. Distribution of haplotypes and microsatellite alleles among Asian elephants (Elephas maximus) in Thailand (PDF). European Journal of Wildlife Research. 2007, 53 (4): 298–303 [2008-04-14]. doi:10.1007/s10344-007-0099-x. [永久失效連結]
- Futuyma, Douglas J; Mayer, Gregory C. Non-Allopatric Speciation in Animals. Systematic Zoology. 1980, 29: 254.
- Gavrilets, Sergey; Li, Hai; Vose, Michael. Rapid parapatric speciation on holey adaptivelandscapes (PDF). Proc Biol Sci. 1998, 265: 1483–1489 [2011-02-09]. (原始内容 (PDF)存档于2020-04-28).
- Hoskin, Conrad J; Higgie, Megan; McDonald, Keith R; Moritz, Craig. Reinforcement drives rapid allopatric speciation. Nature. 2005, 437: 1353–1356 [2011-02-09]. (原始内容存档于2021-03-28).
- Lande, Russel. Genetic Variation and Phenotypic Evolution During Alliopatric Speciation. The American Naturalist. 1980, 116: 463–479.
- Mayr, Ernst. Populations, Species, and Evolution. The Belknap Press of Harvard University Press, Cambridge, MA. 1970 [12/11/2010]. ISBN 0674690133.
- Rivas, Luis R. A Reinterpretation of the Concepts “Sympatric” and “Allopatric” with Proposal of the Additional Terms “Syntopic” and “Allotopic”. Syst Bio. 1964,. 13(1-4): 42–43 [2011-02-09]. (原始内容存档于2020-05-29).