本报伦敦3月22日电(记者 何屹) 一种个头儿极小,只能在显微镜下观察到的名为蛭形轮虫的生物,近来让生物进化学家头痛不已。这种半透明的无脊椎动物已经以无性繁殖方式生存了近1亿年,并能根据生存环境的变化,进化出近400种不同的种类,这引发了生物学家对传统进化理论的质疑。
蛭形轮虫广泛分布在沼泽、水溪、池塘及各种淡水生活环境下,居民院中的水盆中,就有可能是其藏身之处。它大约只比人类的精子大4倍,通过单性繁殖繁衍生息。到目前为止,科学家既没有发现雄性蛭形轮虫,也没有发现它们存在雌雄同体,更没有找到一丝减数分裂的痕迹。也就是说,这种生物没有产生性细胞,母体通过未受精的卵,将一整套染色体遗传给其后代。对琥珀中的蛭形轮虫样本的研究结果显示,这种蛭形轮虫至少存在了4000年之久,而DNA研究分析的结果显示,这种生物大约已经存在了1亿年之久!
传统的进化理论认为,生物只有通过有性繁殖,才能成功进化。通过减数分裂和受精过程,可以使子代获得具有适应生存环境和抵抗各种寄生物侵袭的能力。无性繁殖虽然也可以产生变异,但这只是基因的随机变异。这种基因变异的结果,虽然也能产生新的物种,但一般只能形成一种新物种,同时还要以失去原先物种的特征为代价。因此,有性繁殖具有进化优势,是物种多样化的必要条件。
为了验证有性繁殖是否是物种多样化的必要条件,由英国帝国理工大学、剑桥大学、皇家植物园以及意大利米兰大学的研究人员组成的国际研究小组,开发了一种新的统计分析技术,并结合分子分析和形态分析,对蛭形轮虫开展了研究。研究人员分析了世界各地不同生存环境下蛭形轮虫的基因标记物,根据线粒体及核DNA序列,构建了进化树,并测量了蛭形轮虫的形体大小及口器形状。形态学分析结果与传统分类学的结论一致,基因树特征与形态学类似,各种不同的蛭形轮虫可以追溯到一个共同的祖先。研究人员还发现有两种不同的蛭形轮虫,其中一种主要生活在水虱的腿部,而另一种生活在水虱的胸部。遗传分析结果显示,这两种蛭形轮虫有明显的区别。形态观察表明,其形体大小及口器形状也有明显的不同。帝国理工大学的蒂姆认为,这两种蛭形轮虫最初应当是同一种轮虫,此后才进化成为适应不同生存环境的不同种轮虫。他还表示,这种生物十分令人惊奇,它们的存在能够深化人们对科学的理解。
数年之前,美国哈佛大学的研究人员曾推测,这种生物可能存在秘密的性行为,认为它们有可能以一种罕见的快速方式,偷偷进行有性繁殖。而最新的研究结果表明,蛭形轮虫是以无性繁殖的方式产生的多样化。研究人员表示,他们的研究结果驳斥了只有有性繁殖才能导致动物多样化的结论,轮虫的进化进程与有性繁殖的生物极为相似,表明动物在自然选择的压力下,同样可以产生适应环境的多样性。蛭形轮虫所具备的多样化能力,也解释了为什么它们能生存如此之久。至于轮虫是如何以无性繁殖的方式长期生存,而又能够避免进化陷阱,还有待科学家进一步研究。
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