特殊螞蟻物種可根據居住地改變頭部形狀,科學家:演化不是一條單行道

作者 | 發布日期 2020 年 03 月 14 日 20:37 | 分類 自然科學 Telegram share ! follow us in feedly


演化(evolution)是自然界所有奇妙生物的來源,為了適應所處的環境,各種生物演化發展出不同的特徵來維繫生存,過去人們往往認為特徵演化是一條「單行道」,會讓各物種朝專業化方向邁進,但美國針對一種特殊螞蟻的新研究顯示,事情並不總是如此,有些時候,演化也會讓一些物種回到更普遍的階段。

《美國國家科學院院刊》(PNAS)刊載的論文,研究團隊特別研究稱為「烏龜螞蟻」的 Cephalotes。這種住在樹上螞蟻的兵蟻有著名特徵:異常巨大的頭部,用來堵住巢穴入口,就像貨真價實的「活門」。

特別吸引生物學家注意的是,並非所有 Cephalotes 物種的頭部形狀都相同。有些物種兵蟻頭部就像人孔蓋,剛好夠封住巢穴入口,一些則擁有便於堆疊的方頭,牠們會組成聯合封鎖線,就像描寫古代戰爭的影視作品經常出現的盾牌陣。

▲ 因應巢穴入口大小不同,Cephalotes 兵蟻有不同頭型與防禦策略。(Source:PNAS 論文 CC BY-NC-ND)

除形狀外,Cephalotes 兵蟻頭部大小差異也相當大,最多能有近 4 倍差異,為了幫助人們體會這種差異程度,喬治華盛頓大學生物學家、研究主要作者 Scott Powell 形容,就像「最小的能舒適坐在最大兵蟻的頭上」。

這種頭部形狀變化不僅展現自然界怪異的一面,也展現物種是如何演化適應生態位(Ecological niche)。

洛克菲勒大學社會進化與行為實驗室負責人 Daniel Kronauer 指出,人們通常會認為一但某個物種「專業化」,就會陷入非常狹窄的領域,但其實海龜和螞蟻都有非常動態的進化軌跡,從一些有趣例子可以看到牠們進化的多次來回。

由於 Cephalotes 不會挖地道,通常是搬進甲蟲挖出的樹洞,因此 Cephalotes 兵蟻的頭部形狀和大小會取決於群體占據的通道類型;為了適應各式各樣的房子,牠們會迅速多樣化好占領巢穴。

也因此研究人員只需觀察 Cephalotes 兵蟻頭圍大小與形狀,便可以大致明白該族群居住的樹洞入口是什麼樣子,就像 Kronauer 形容:幾乎完全 1:1 的黃金比例。

為了考察頭部形狀的進化歷程,研究人員先是根據頭部形狀(方形、圓拱形、盤形、碟形)將 89 種 Cephalotes 分組,包含一些沒有兵蟻的物種,接著再使用先前收集的物種遺傳訊息檢查這些群體間的進化關係。

如果演化是條單行道,那麼約在 4,500 萬年前出現的第一批 Cephalotes 應該沒有兵蟻,後續才逐漸專門化發展;從什麼都適用的方頭,到像為房子量身打造的盤子頭,但研究分析顯示情況並非如此。

事實上根據研究人員的研究,目前可追溯到 Cephalotes 物種最古老的共同祖先可能是方頭,接下來才逐漸演變成各式各樣形狀,在某些情況下甚至成為沒有兵蟻的族群,或演化回像一般螞蟻的普通頭部。

Powell 認為,這項發現充分展現自然界驚人的靈活性。為了適應所處環境,生物體形狀能快速大幅改變,「進化能發揮的空間實際上比以前想像要大多了」。

(首圖來源:Flickr/Thomas Shahan CC BY 2.0)