动物史上,存在两个物种没有生殖隔离且生出全新物种的情况吗?

这种情况存在,但不能拿骡子、狮虎兽、灰白熊来举例,这三种著名的杂交动物都不是全新物种。

杂交分为种内杂交、种间杂交和杂交种化。种内杂交是指同一物种的不同亚种之间进行繁衍,这是没有生殖隔离的,种内杂交有时会产生身体机能更强的后代,称为杂交优势。比如孟加拉虎和东北虎的混血虎就是种内杂交,大多数马戏团和老虎农场(包括南非JV老虎谷)的虎就是孟虎和东北虎的混血。

北极熊和棕熊的关系还存在争议,因为两者分化时间太短,所以两者的生殖隔离不完全,杂交后代可生育,所以有动物学家提议将北极熊列为棕熊的一个亚种。种间杂交是指两个不同物种进行杂交,这种杂交一般是很难成功、后代存活率低或后代无法生育,这都是生殖隔离的表现。骡子是马和驴的后代,但骡子无法生育,所以马和驴有生殖隔离。狮虎兽是雄狮和雌虎的后代,但其成功率低(1%-2%)、后代存活率低且有缺陷,虎狮兽也是一样的,所以狮子和老虎有生殖隔离。

豹属当中的五个物种除了雪豹之外其他四个都能相互杂交,后代就像PS出来的神兽一般。猫科动物之间的杂交现象还有很多。▲美洲豹狮兽,美洲豹和狮子的杂交后代。

杂交种化就是题目里所提到的,是指杂交后代可以自交或无性生殖,但无法与亲本物种回交,这种情况就是杂交种成为了新的物种。这种现象在植物中较常见,研究估计2-4%的被子植物和7%的蕨类是杂交种化产生,在农作物中比例更高。在动物中也有少数昆虫和鱼类的例子。

但是杂交形成物种的条件非常高,主要有三个:两个不同的亲本物种发生了杂交行为、杂交种和亲本种之间有生殖隔离、这种生殖隔离是由杂交造成的。满足这三个条件的杂交形成的物种几乎都是低等生物,高等生物当中几乎没有,比如非常开放的鲸类,其中的海豚科大仲马宽吻海豚,可以和13个海豚科物种杂交,但是没有产生一个符合上述条件的全新物种。原本认为长吻原海豚和条纹原海豚杂交出来的细纹原海豚(短吻飞旋海豚)是个新物种,但是细纹原海豚可以和亲本种回交,所以尽管细纹原海豚已经形成了一定规模的种群,但它仍不算是一个独立物种。

杂交种化在被子植物、蕨类和农作物当中比例很高,动物界中昆虫和鱼类有少数,就来讲一个昆虫的例子。▲红带袖蝶▲青衫黄袖蝶

拉丁美洲的袖蝶属(Heliconius)是一个庞大的家族,家族当中的红带袖蝶(Heliconius melpomene)和青衫黄袖蝶(Heliconius cydno)杂交产生了新物种富丽袖蝶(Heliconius heurippa)。▲富丽袖蝶

富丽袖蝶满足以上三个条件,它的花纹与两个亲本种完全不同,而且融合了两个亲本种的特点,但是它不会和两个亲本种产生回交,由此形成一个全新的物种。

由此可以看出,杂交种化的难度是很高的,但在漫长的生命史上,一定还有不少杂交种化的例子,而种间杂交的例子更为常见,有研究称至少有10%的动物和25%的植物经历了自然杂交,我们现代人就有尼安德特人的血统。

动物史上,存在两个物种没有生殖隔离且生出全新物种的情况吗?

驴和马能生下骡子,老虎和狮子能产生狮虎兽,狮子与美洲豹能产生豹狮,当然这并不是物种打破了生殖隔离,因为无论是骡子还是狮虎兽、豹狮都是高度不育的,这符合生殖隔离的定义。

但是,在自然界中,有些物种的生殖隔离并不严格,尤其是在植物界,跨种杂交、甚至是跨属杂交都普遍存在,最关键的是一些杂交种还具有繁殖能力,比如我们常吃的橙子就是橘子和柚子杂交来的,但橙子的种子依然可以发芽长大结果。

那么,在动物界,有没有两种动物打破了生殖隔离产出了全新物种(具备正常的生育能力)的情况呢?答案是肯定的,下面我们来介绍两种以及它们打破生殖隔离的原因。

第一种:灰北极熊

北极熊是现存最大的熊科动物,也是陆地上最大的食肉动物,它们的成年雄性平均体重可达500公斤,已知的最大的雄性北极熊体重达到了1002公斤。不过,北极熊的雌雄体型差异较大,雌性的平均体重仅有250公斤左右,目前已知的最大雌性个体体重为449公斤

北极熊仅分布在北极圈附近有浮冰的海域,它们的食物超过90%来自于海洋,因此它们非常的依赖于浮冰,近些年温室效应的加剧,使得浮冰大量消失,对北极熊的生存提出了挑战,经常会有皮包骨头的北极熊出现在人们的视野中。

为了适应北极严寒的生活,北极熊有着中空透明的毛发,这样阳光可以直接透过毛发晒到它们黑色的皮肤上,吸热能力更强,只不过,由于它们身处白色的世界里,再加上中空透明毛发的折射效果,所以在我们看来北极熊是白色的而已。

由于北极熊看似白色的毛发,所以又称为白熊,那么灰北极熊是怎么回事呢?早在20世纪,科学家们在进入北极考察时,就发现了一种毛发不太正常的北极熊,它们的毛发颜色比较深,呈灰白色,起初,科学家们以为是基因突变造成的,但是后来经过仔细的研究,科学家们发现这些灰北极熊竟然是棕熊与北极熊杂交的后代,而且还是在野生环境下,棕熊与北极熊自愿杂交产生的后代。

也就是说灰北极熊其实是杂交种,众所周知,不同的物种之间即使产生了杂交种受生殖隔离的约束也是高度不育的,但是灰北极熊竟然具备正常的繁育能力,这就意味着“棕熊和北极熊打破了生殖隔离,产生了新的物种”,这到底是怎么回事呢?这就与北极熊的由来有关了。

一个物种的产生首先是来自于地理隔离,举个简单的例子,一种动物分别去到了不同的环境中,在不同环境因素下经过不同的基因突变和自然选择,会造成基因的差异,此时亚种就产生了。亚种之间再没有基因交流,进一步地去累积这些突变,不同的物种就形成了。

北极熊也是如此,根据科学的研究发现,北极熊的祖先其实是距今约60万年前的古棕熊,而这些古棕熊同样是生活在北美的棕熊亚种灰熊的直系祖先(不过是灰熊的祖先是先去到了欧亚大陆,产生了棕熊,进而通过白令海峡进入北美后形成的),也就是灰熊与北极熊都是从60万年前的共同祖先演化而来的。

60万年这个时间看起来很长,但是对于物种形成来说是比较短的,举个例子,狮子和老虎是同科同属的动物,它们分开的时间至少要有200多万年的时间了(古中华虎出现的时间),即便是这样,它们还能杂交产生狮虎兽或者虎狮兽。

除了分化的时间比较短外,北美的灰熊与北极熊的生存环境整体上看差异其实并不大,它们生活的纬度也比较高,同时也是临海而居的,正是这种生存环境上的相似性,让它们的基因差异也不是特别的大,所以,它们之间是没有生殖隔离的,到了繁殖的季节,如果灰熊和北极熊都没有找到合适的繁殖对象,此时二者又相遇了,就会发生繁殖行为,从而产生灰北极熊。

而物种的定义是物种的任意两个性别的健康个体都能够交配产下具备生育能力的后代,所以从这个角度上看,灰北极熊也算一个全新的物种,正是因为这样在1918年,美国动物学家克林顿·哈特·梅里厄姆才将灰北极熊定义为新物种,并命名为Vetularctos inopinatus。

第二种:西北短嘴鸦

西北短嘴鸦是一个比较有争议的名字,到目前为止,科学家们并没有对该乌鸦进行科学的描述,甚至连学名都没有定下来,这是因为西北短嘴鸦实际上是西北鸦和短嘴鸦两种乌鸦的杂交种。

西北鸦

西北鸦和短嘴鸦都是生活在北美地区的乌鸦,而且在分布地上二者是有重合的。不过,在2018年,美国的科学家们通过观察和基因分析发现了两种乌鸦之间的秘密,这个“秘密”被发表在了当年3月的《自然·通讯》杂志上。

研究人员通过对两种乌鸦的基因分析发现,它们早在44万年前就已经分别演化的,这才有了不同的物种。但是,研究人员在二者栖息地重合的地方发现了大量的乌鸦竟然同时具备这两种乌鸦的基因,通过进一步的观察,研究人员发现,这两种乌鸦竟然在繁殖期可以杂交,并且杂交的乌鸦同样具备正常的繁殖能力,它们不仅仅能跟杂交的乌鸦繁殖,也能跟西北鸦和短嘴鸦繁殖。

(上图中蓝色为西北鸦分布区,红色为短嘴鸦分布区)

也就是说西北鸦和短嘴鸦作为两个完全不同的物种也是突破了生殖隔离的约束,产生了新的物种。这到底是为什么呢?研究人员通过进一步的研究发现了原因:

首先,这两种乌鸦共同的祖先是在生活在140万年前的乌鸦,之后二者由于同域分布,所以是作为同一物种的不同亚种存在的,但是到了44万年前,北美西北部隆起的巨大冰川将它们的栖息地一分为二,产生了初步的地理隔离,之后,冰川就像一道不可逾越的鸿沟隔断了它们的基因交流,这才形成了不同的两种乌鸦。

短嘴鸦

后来,随着冰川的融化,二者的地理隔离被打破,此时它们的差异还不大,所以还能正常地繁殖,发生着基因交流,这才导致了它们能够杂交产生新的乌鸦。当然,“新乌鸦”一直没有拥有自己的名字,这是因为科学家们对西北鸦和短嘴鸦的分类提出了质疑,大部分科学家认为它们更像是亚种之间的关系。

总结

不同物种没有生殖隔离的在动物界中是存在的,比如灰熊和北极熊以及上面的两种乌鸦,它们能够正常的杂交产生可育的后代。

但是理论上说,它们不算是新的物种,因为新物种想要形成的第一步就是地理隔离,而无论是灰北极熊还是西北短嘴鸦,它们都生活在于亲一代的两种动物重合的地方,换句话说就是这些杂交种没有一个基因是属于自己的(亲一代的两种动物),它们想要成为新物种就必须有自己独立的基因,这是需要在一个不与亲本接触的新环境中才能出现和被自然选择保留的。

动物史上,存在两个物种没有生殖隔离且生出全新物种的情况吗?

存在,但具体的例子并不是马和驴生的骡子、也不是北极熊和灰熊生的灰白熊那种。

自然界不同物种杂交其实挺普遍的,植物尤其多,动物同样也有。但是这里边存在一个问题,杂交产生的到底能不能算得上杂交种——一个新的物种?

很多答案提到了北极熊和灰熊杂交产生的灰白熊,这其实应该算是杂交个体,在自然环境下,很多物种其实没有特别严格的生殖隔离,尤其是合子前隔离,很多情况下两个物种其实有产生后代的“能力”,但是因为分布区域、繁殖时间等等的差别而没有机会交配,一旦有适当的时机——比如游荡的个体闯入到了另一个物种的生存领地(北极熊就是和灰熊的北方亚种杂交的,这两者才有机会碰面),或者生理期偶然的产生了重合,总之就是缘妙不可言,就有可能产生后代,最为著名的恐怕是这个:

文艺小天王宋徽宗绘制的这幅《芙蓉锦鸡图》是中国工笔花鸟画法的杰作,但是在16年中科院昆明动物研究所研究人员审视这幅画的时候发现,这只锦鸡似乎和我国曾分布过的多种锦鸡都不太一样,最终判断这是一只杂交种,从身体特征来看,应该是红腹锦鸡和白腹锦鸡杂交产生的,也就是下面两位:

白腹锦鸡Chrysolophus amherstiae(手动斜体)

红腹锦鸡Chrysolophus pictus(手动斜体)

我们现在没法判断赵佶是在野外采风的时候遇到了这样一只杂交锦鸡,还是画了一只人工饲养环境下出现的杂交锦鸡。在当时,人们已经掌握了这两种锦鸡的饲养技术,这两种锦鸡在人工环境下也经常发生杂交,时至今日,网上还有很多鸡场会出售这些杂交锦鸡。而在自然环境下,两种锦鸡也有一些分布区域重叠,比如我国的西南地区,研究人员就野外拍摄过它们的野外杂交个体。

杂交锦鸡

现在我们发现的这样在自然环境下种间杂交的案例已经很多了,除了灰熊北方亚种和北极熊、被皇上钦点的杂交锦鸡之外,更为常见的恐怕就是各类鲸,比如海上种马宽吻海豚,就经常搞出这样的大洋爱情故事,目前已经观察到和宽吻海豚发生过种间杂交的其他鲸类已经有13种,这些后代有的是有生育能力的。

但是它们能不能算一个物种呢?这个结论很不好下,因为我们现在没法用一个特别精准无误的标准去衡量到底可以依靠什么去界定一个物种。就比如其他答主提到的细斑原海豚(Stenella clymene),从19世纪被发现之后,学界一直认为它是长吻原海豚(Stenella longirostris)的一个亚种,但是随着DNA技术的引入,揭示了它的形成来源于长吻原海豚和和条纹原海豚(Stenella coeruleoalbus)的杂交,在杂交之后,这些杂交个体似乎也更愿意与和自己相同的杂交个体交配,随之形成了一个物种。

长吻原海豚Stenella longirostris(手动斜体)

条纹原海豚Stenella coeruleoalbus(手动斜体)

两者杂交产生的新物种——细斑原海豚Stenella clymene(手动斜体)

细斑原海豚的例子是否就是杂交产生新物种的证据呢?尽管细斑原海豚和杂交锦鸡、灰白熊截然不同——它已经不是一个偶然个例,而是形成了一个相当规模的种群,有了稳定的性状,但有人认为它还不能算一个严格意义上的新物种:有学者认为,要承认杂交所产生的是新物种,那么这个新物种必须满足三个条件,也就是是由两个不同的父本种发生了杂交行为,杂交种和父本种之间出现了生殖隔离,这种隔离是由杂交导致的。

你看,生殖隔离这个简单粗暴的物种鉴别准则在这里就发挥了很大的作用,按照这个标准来看的话,细斑原海豚算不上是个新物种:尽管它确实是两个物种之间发生种间隔离的产物,但它自己本身也可以(而且确实发生过)与这两个父本物种发生杂交,所以第二条就不符合,第三条干脆无从谈起。

不过就算是按照这个最为苛刻严格的生殖隔离标准来看,动物界复合标准的杂交新物种也是有的,典型的就是一种叫做Heliconius heurippa的蝴蝶,这种蝴蝶是由Heliconius melpomene和Heliconius cydno杂交产生的,杂交产生的Heliconius heurippa的翅膀花纹和两个父本都完全不同。由于它在繁殖环节非常挑剔,几乎只会和自己翅膀花纹一样的异性繁殖,这就形成了一种生殖隔离,也它就完美的符合了最严格的杂交物种3个定义——种间杂交产生,和父本生殖隔离(交配是不可能的!这辈子也不可能和翅膀花纹那么丑的父本交配的!),这种生殖隔离是由杂交引起的。

一个父本物种Heliconius melpomene(手动斜体)

另一个父本物种Heliconius cydno(手动斜体)

产生的非常傲娇的杂交物种Heliconius heurippa(手动斜体)

我们不难发现,现在出现了一个特别棘手的问题:死守着生殖隔离这条线来界定物种是不是就是特别准确的?因为很多合子前隔离都有可能随着环境变化而被打破,那么杂交起源可能本来就是物种产生的一个重要方式,提到的Nature曾经刊登过的观点认为,至少有10%的动物和25%的植物经历了自然杂交起源,包括我们智人自己身上也有一些尼安德特人的血脉。

所以那种基于生殖隔离的、认为一旦有生殖隔离就在物种之间砌了一道坚不可摧防火墙的、物种演化是一脉相承一意孤行的演化理论可能本来就是我们对自然认识不充分的产物。这道防火墙在许多物种之间并没有砌好,一个最极端的例子,生活在法国比利牛斯山的两种蕨类已经彼此分化了六千多万年了,然后遇到一块居然顺风水顺的就完成了杂交……

两者在法国比利牛斯山杂交而成的xCystocarpium roskamianum(手动斜体),由于前两者已经分化6000万年之久,研究者比喻这种杂交产物“就像大象和海牛杂交产生的后代”

通过上面案例我们已经可以认识到:杂交个体不一定会成为杂交物种,而杂交物种一定经历了杂交过程。但更为出人意料的是,有时候杂交过程不仅不会产生新的杂交物种,反而会“消灭”原有物种:一些杂交产生的个体会反复与父本物种回交,产生渗透杂交。通过这个过程,这些杂交个体不仅自己没有变成一个新物种,还会在原来存在着一定合子前生殖隔离的父本物种之间构建一个基因转移的桥梁。

比如在加拉帕格斯群岛的弗雷里安纳岛,大嘴树雀、中嘴树雀和小嘴树雀就产生了这样的渗透杂交,在杂交个体的参与下,三个独立物种快速融合,形成了一个混乱的杂交群,现在这个岛上已经找不到血统纯正的大嘴树雀了,中嘴树雀和小嘴树雀也快融合完了,也就是说,这个案例里的的杂交非但没有产生新物种,甚至反过来“消灭”了父本物种的多样性。

换个通俗但可能不是很恰当的例子来解释这个过程。比如某两种动物A和动物B,它俩本来是独立物种,存在着合子前隔离(我们假设它们同样都生活在一片山区,但是A生活在山谷,B生活在山巅,地理隔离造成了生殖隔离),一些偶然的机会,A物种里那些生活在山谷相对靠近山腰的个体和B物种那些生活在山巅靠近山腰的个体相遇了,交配了,产生了一些杂交个体C。那么C可能就产生了不同的性状,它就喜欢在山腰生活(或者山谷山巅它都能适应,也就是汲取两个父本的所长了),那么它们就可以去山谷和A回交,也可以去山顶和B回交,生下来的后代就越来越像A和B的融合的方向发展,最终可能这个山区的A和B就消失了,这里生活着一大群杂交生物。

所以除了界定物种这个困扰之外,自然杂交对生物多样性的影响也是个大课题,因为它可能会产生新物种,也可能威胁到父本物种的生存。我们既不能像以前那样笼统的认为杂交是“不自然”的,也不能完全放任其发展(尤其是随着人类对环境的改造已经愈发影响到了许多生物的生存环境的前提下),如何看待杂交,这是现在物种多样性研究领域的一个重要的课题。

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