達爾文和“進化島”的初次見面,改變了人類對物種的認知

1835年的一天,一艘軍艦打破了太平洋寧靜的清晨。冥冥中註定,這艘軍艦上載著一位偉大的博物學家——

查爾斯·達爾文。在一望無際的太平洋上,一座荒無人煙的小島迎來了它的"客人",這艘軍艦停靠在了島嶼邊,那時候的人們怎麼都不會想到,正是這普通的一次停靠,改變了人類對物種起源的認知,重新思考起了大自然的定律......

達爾文和“進化島”的初次見面,改變了人類對物種的認知

查爾斯·羅伯特·達爾文

這座小島就是加拉帕戈斯群島(既科隆群島),也是人類科學史上最重大的發現之一。它處在納斯卡板塊,北部與科科斯板塊形成離散的空隙邊界,板塊底部存在著火山熱點,隨著納斯卡板塊向東南方向的移動,地幔中海底火山噴發就形成了島嶼鏈。群島由13座主島和一群較小的島嶼、岩礁組成,位於南美洲厄瓜多爾西面約960公里處,猶如一顆顆珍珠鑲嵌在太平洋麵上。

達爾文和“進化島”的初次見面,改變了人類對物種的認知

加拉帕戈斯群島的多樣性氣候和特殊的自然環境,使不同生活習性的動植物生長繁衍在了這塊土地,形成了自己的一套進化體系。群島的其中一些島嶼偏遠貧瘠,幾乎沒有生命的跡象,而另一些島嶼則肥沃富饒,棲息著各種獨特的生物,島上幾乎沒有人類踏足的足跡,可以說是生物的天堂了。

達爾文和“進化島”的初次見面,改變了人類對物種的認知

1835年,達爾文跟隨著"貝格爾號"(也叫小獵犬號)軍艦造訪了加拉帕戈斯群島,年僅26的他瞬間就被這座島嶼的奇異地貌和物種所吸引。其中一種雀鳥先引起了他的注意,他發現島嶼上雀鳥的喙的長度和羽毛的顏色均有所不同,於是他在隨後的一段時間裡,收集了群島上許多的鳥類標本。但在這之後他對於這些鳥類並沒有太大的重視,而是對群島上的其他動植物和地質結構等進行了大量的觀察、採集和研究,這些經歷大大豐富了他的見聞。而達爾文與這座島嶼的"初次見面"也使他思維的火花開始蔓延......

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"貝格爾號"(也叫小獵犬號)

“加拉帕戈斯群島上的生物分佈,如果是一個島上有一個屬,而另一個島上是有很大不同的其它屬,那這就不足為奇。但如此相鄰的數個島嶼都各有特殊品種的陸龜、鶇鳥、金翅雀和數種的植物,這些不同的品種又都有共同的屬性和類似的生活環境,這才使我震驚。”

這是達爾文在《小獵犬號航海記》裡說到的。

這個與世隔絕的荒島,有著與大陸物種之間相聯繫但卻又大不相同的物種,而不同的島嶼之間和不同的地理環境,使每個島嶼的動植物品種也各不相同,各個物種為了各種不同的目的發生了一些變異,這是多麼地奇妙啊。

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加拉帕戈斯群島(既科隆群島)

1836年10月,在結束了這次遊歷後,達爾文所採集的鳥類標本隨後被送到了倫敦知名的鳥類學家

約翰·古爾德(John Gould)的手中。古爾德經過研究後認為這些雀鳥實際上分屬為13個新種,儘管它們喙的形狀差別很大,但這些鳥彼此之間具有很近的親緣關係,而且這些差別應該能夠很好地被不同島上的地形、氣候環境等因素解釋。也就是說這些雀鳥之間的差別,體現了它們對不同的地理環境的適應性。在得知古爾德的分類建議後,達爾文對其進行了更加深入的研究,提出了生物進化論學說。在當時,這是一件挑戰人們常理的事情,他沉重的打擊了神權統治的根基,摧毀了各種唯心神造論以及物種不變論的說法,發表了轟動全世界的《物種起源》,打開了生物進化的大門,而這群雀鳥也成為了"進化論"的鼻祖論據,被後人稱為"達爾文雀"。

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達爾文雀族

但實際上,這些所謂的"達爾文雀"並沒有像大家所認為的那樣在達爾文的進化論中發揮重要作用。因為當初達爾文在記事本上,並沒有詳細記載清楚這些鳥雀的標本是分別從群島的哪個島嶼上採集到的,這種不確定性帶來了很大的麻煩,限制了他舉證"達爾文雀"的說服力。而達爾文也清醒地認識到了這一點,以及自己的作品在發表後,所將面臨的挑戰有多繁重和嚴峻,因此他在選擇例證時必須要萬分地嚴謹和準確。所以這些"達爾文雀"後來只是在《小獵犬號航海記》中被他描述了它們喙的大小差別而已。

  • 那麼真正啟發並影響達爾文進化論學說的到底是什麼呢?
達爾文和“進化島”的初次見面,改變了人類對物種的認知

其實真正啟發了達爾文進化論學說的是加拉帕戈斯群島上的陸龜。16世紀西班牙的航海家最早發現了這片群島與這群陸龜,因為"加拉帕戈斯"這個詞在西班牙語中是陸龜的意思,所以他們便用"加拉帕戈斯"給這些島命名,又因為這些陸龜體型巨大,所以被稱為"象龜"。

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象龜

這些象龜在加拉帕戈斯群島中的許多小島上都有分佈,達爾文發現不同島上的象龜在外形上有一定的差異,尤其是龜殼的形狀上,有向上拱殼、前端類似馬鞍的"馬背形"龜殼,也有"圓頂形"龜殼,以及介於兩者樣式之間的龜殼。

圓頂殼較大,脖子和四肢較短的陸龜,往往生存在群島中較大的島嶼和高海拔潮溼地區的附近,這裡有豐富的植被。

而馬鞍型龜殼的陸龜則是來自於海拔低於500米的小島和棲息地較乾燥的地區,這裡食物和其他資源都十分有限。

這種龜殼形狀的差別與不同小島上生態環境差異的聯繫,啟發了達爾文對生物演化的思考,這也就是達爾文進化論的"啟蒙龜"。

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在這之後,一種叫"嘲鶇"的鳥才是真正影響併成為達爾文《物種起源》裡例證的因素。加拉帕戈斯群島上嘲鶇的種類比較少,並且都隔離分佈在不同的島嶼上,達爾文對三座島上的三種不同嘲鶇(聖島嘲鶇、加島嘲鶇和查爾斯島嘲鶇)進行了觀察,發現它們彼此之間存在明顯的差異,同時又與分佈在南美大陸上的嘲鶇有所不同,而詳細的記載也使得這三種嘲鶇出現在了《物種起源》上,成為達爾文證明自己推論的一種例據。達爾文發現:"由外邊引進了一個物種,然後這個物種為了各種不同的目的,發生了變異。"這是解開演化的鑰匙。

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嘲鶇

而之前我們提到的"達爾文雀"在許多年後,則是成為了後人研究物種演化的另一個有力論據和經典例證......


拉克和"達爾文雀"

1938年,英國生物學家大衛·拉克,出於對達爾文雀充滿了興趣,於是他和他的團隊來到了加拉帕戈斯群島,並展開了近五個月的野外調查工作,研究不同種類的"達爾文雀"的繁殖和覓食行為。結束調查後,他又跑遍了各地許多的博物館和大學,找到並測量了近6000多個達爾文雀標本的喙和身形。之後拉克基於高斯原理理論(指兩個互相競爭的物種因為具有相同的生活方式和習性,存在激烈的競爭而不能長期共存於同一生態位)的啟發,於1947年寫出了《達爾文雀》的著作,這本書中詳細地解釋了當時已知的14種達爾文雀是怎麼演化出各不相同的鳥喙。

達爾文和“進化島”的初次見面,改變了人類對物種的認知

大衛·拉克

島上擁有大、中、小三種鳥喙的地雀,它們對應著取食大小不同的種子和果實。而只有中嘴和小嘴地雀的島上,它們喙的大小卻介於兩種的正常值之間。這是因為在缺乏競爭者時,物種會拓展實際的生態位,也就是說這兩個島上的地雀可以選擇的種子大小更為多樣化了。

自拉克之後,"達爾文雀"由此出名併成為了經典案例,而"地理隔離"和"生態位分化"成為了演化的常識。但稍顯遺憾的是沒能說清楚究竟是何種機制導致了形成物種變化的關鍵一步,而這種遺憾在許多年後被彼得·格蘭特博士一家所見證了......

達爾文和“進化島”的初次見面,改變了人類對物種的認知

"自然選擇"的見證

1973年4月,格蘭特帶領全家造訪了大達夫尼島(加拉帕戈斯群島中的一座小島),並開始了對達爾文雀長達多年的研究觀察。這座島上常見的達爾文雀只有中地雀和仙人掌地雀兩種,再加上小島的面積較小,所以比較易於捕捉、標記和觀察。就這樣到了1977年,島上發生的一場非常嚴重的旱災,整個雨季的降水量只有之前的五分之一,這嚴重導致島上的種子食物不夠地雀們食用,使得島上地雀的數量減少了85%,這無疑是讓人傷心的。

達爾文和“進化島”的初次見面,改變了人類對物種的認知

格蘭特夫婦

但是格蘭特夫婦很快發現,因為這個旱災反而明顯的察覺到了中地雀種群的演化變化。當乾旱造成食物短缺時,小而軟的種子先被消耗光,導致那些沒法取食較大較硬種子的地雀就被餓死了,而那些擁有較厚喙的地雀,就會熬過乾旱活下來,然後依靠喙型的可遺傳性來將特徵傳給下一代,旱災過後新一代中地雀的喙的厚度已經比旱災前的大至百分之四左右了。

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地雀的喙大小對比

不同的環境,不同的食物源,造就了它們不同的特點,然後佔據不同的生態位。有的島上,既有吃堅果的,也有吃蟲子和種子的,如果都吃堅果的話,又後又硬的大嘴就會比較容易,而吃蟲子的話,又尖又長的嘴就顯得更有優勢。在競爭中適者生存,不適者則被淘汰。所謂的"自然選擇"就是這樣。

達爾文和“進化島”的初次見面,改變了人類對物種的認知

  • 格蘭特夫婦除了親眼看見了"自然選擇"的奇妙魔力,還見證了一個"新種"的誕生。

1981年,格蘭特夫婦抓獲了一隻雄性幼鳥,可是這隻鳥的長相、叫聲、體型和鳥喙都遠遠區別於大達夫尼島上的兩種地雀,根據經驗,他們認為這不是來自本島上的鳥,而是來自其它島嶼,於是他們將這隻鳥標號為“5110”,然後放走觀察。而後“5110”展現出了很好的生存適應能力,它不僅完好的生存了下來,還和島上的不同地雀配偶繁衍下了18只後代,而這些後代延續了“5110”的外觀、叫聲等一切,而每當到了繁殖季節,它們只和自己家族裡的成員交配,卻不會再和島上其他種的地雀一起。而從形態上來看,它們喙的長度和厚度,以及對應的取食行為等也已經區別於島上其它兩種地雀的中間並趨於穩定了。這本質上已經是一個"新種"的誕生了,但格蘭特夫婦還想繼續從它們的身上學習關於物種形成或消失的秘密,因為這遠比給它們命個名重要和有意義得多。

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標記的“5110”的後代

基因時代的到來

時光流逝,由於基因時代的到來,這一切就清楚明朗了。在2015年2月11日,《自然》雜誌上發表了一項新的基因研究,研究人員比對了不同鳥類種群中大嘴鳥與小嘴鳥類的基因組,然後確定了一種基因——HMGA2並證實它是引起鳥喙大小和體型發生改變的基因

。也正是這個基因維持了達爾文地雀的遺傳多樣性,使這個類群應對不同的環境變化還能夠繼續地繁衍生存下去。

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結語

人類與達爾文雀的緣分,無論是從在1835年的初見,還是幾百年後的糾葛,亦或是劃時代的今天,這都是在告訴我們,演化和生態過程並沒有一個確定的盡頭,而達爾文雀也還將有更多的故事要告訴我們......

但人類的活動對物種的多樣性造成了很大的影響,近年來,隨著加拉帕戈斯群島的開發,曾經與世隔絕的島嶼,從無人踏足到如今每年數以萬計的遊客,隨之帶來了物種入侵、生態環境的破壞等等問題,加拉帕戈斯島上的物種如今都面臨著生存危機。利益面前的是非問題值得我們所有人沉思,我們都需要深刻地意識到,人類,並非是世界的主宰。



參考文獻

百科:達爾文雀

達爾文(2013)物種起源.南京:譯林出版社

果殼物種日2015-03-0:邁入基因組時代的“達爾文雀”傳奇

知乎:失落的島嶼上會有什麼奇怪景象?靠變異才能活下去


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