模式动物三刺鱼(Three-SpinedStickleback)的体型演变
2018-10-31 22:29阅读:
引言:三刺鱼是一种著名的模式动物,世界各地的科学家对其进行了大量的研究。目前已经大致了解三刺鱼从遗传到发育、发育到表现型、表现型到环境适应等方面的联系,加上化石证据的支持,科学家对三刺鱼的整个进化历程有了比较清晰的认识。

三刺鱼的祖先生活在海洋,是一种洄游生物,繁殖期在淡水产卵。远古时期,有一些三刺鱼在淡水产卵后,由于地壳变化,不能洄游到海洋,被困在了淡水湖中。
问题:这些被困在淡水湖中的三刺鱼种群面临着巨大的生存挑战,它们能够适应新的环境吗?
回答:一万年后,这些三刺鱼种群在适应冰河时代结束后的湖泊生活中,身体发生了很多变化,体型变小了,体色改变了,最引人注目的是,它们的骨骼也发生了改变。
引入:当科学家开始研究三刺鱼的骨骼如何进化时,其实并不只是研究鱼的变化,而是研究所有动物的身体进化过程。
三刺鱼祖先生活在海洋中,那里有很多天敌(大鱼)捕食它们,而且没有地方躲藏,因此海洋中的三刺鱼进化出“盔甲”——身体侧面是骨板,骨盆和背部长出长长的尖刺。虽然它们仍然容易被天敌捉住,但是却不容易被吃。
生活在淡水湖中的三刺鱼则情况不同,天敌的嘴部比较大,能够方便地吞食它们,此时骨盆刺变成了一种负担,减少了三刺鱼生存和繁殖的机会。随着自然选择的作用,在短短几千年的时间里,三刺鱼的骨盆刺完全消失了。

由于骨盆刺与四足脊椎动物的后肢同源,因此骨盆刺消失相当于失去了后腿。如此戏剧性的体型变化是如何发生的呢?
现代生物学家首先想到的是从基因层面进行研究。
所有动物的身体形态都是发育的产物,由于基因控制着发育,体型的变化最终归因于基因的改变。
三刺鱼细胞含有数以千计的基因,如何找到那个关键基因呢?
遗传学家采用杂交的方法来找到产生差异的那个基因的位置。通过将生活在海洋和淡水的三刺鱼的精子和卵细胞收集起来,混在一起,产生杂交种。等成熟后,第一代再繁殖,持续下去。每次杂交相当于将代代相传的遗传物质和遗传特性重新洗牌,