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狼和狗是同一個物種嗎?狼和狗有沒有生殖隔離?

2013-03-24推薦

謝邀。

物種劃分並非總是界限明了,這篇回答,將扒一扒犬類動物的混亂情史。

科普犬類之前,我們先來討論一下,物種的概念。

物種通常按照生殖隔離來定義,但這個定義,其實並不完美 [1]

自然界中存在太多關系密切且復雜的物種,它們之間的界限不清楚,雜交情況也不清楚。尤其是對於微觀生物來說,出現幾百個相似物種,甚至環物種是非常常見的事情。

環物種(ring species)在宏觀生物中也不算罕見。

環物種,顧名思義,一些物種中存在這樣的現象:

A亞種和B亞種沒有生殖隔離,B亞種和C亞種沒有生殖隔離……一直到F亞種,但A亞種和F亞種卻存在生殖隔離。

由於環物種的首尾出現了生殖隔離,所以哪怕像圖C這樣的情況,兩個物種再次相遇,生活在同樣的棲息地,也無法再繁殖。

這真是奇妙的緣(圓)分,閉環的情史糾葛。

最典型的環物種是銀鷗(Larus argentatus) [2]

它們的七個亞種,分布在北歐、西西伯利亞、中西伯利亞、東西伯利亞、白令海峽、北美、英國,並形成環狀:

對環物種如何形成感興趣的,可以看看這裏:

2016年,有研究者對環物種的演化進行了模擬,來評價外源與內源屏障的重要性。
他們透過比較不同的空間分布,找出了有利於環種出現的條件 [3]
模擬結果表明,外源因素比內源因素更為重要。
透過計算偏秩相關系數,研究者對相關參數的重要性進行了排序,發現環物種的分布寬度和環境對物種的承載能力,是最為重要的。 當分布寬,交配面積足夠大時,生殖隔離會有利於單個物種的產生,不利於環物種產生。只有,分布窄,交配面積低,才有利於多個物種的形成。當分布帶狹窄到形成走廊狀,才有可能誕生環物種。
但這種走廊狀的狹窄分布,很容易受到基因突變和外部因素的幹擾,從而影響環物種的最終形成。
這樣的條件無異於是苛刻,所以自然界幾乎不存在完美的環物種。
沿著環物種的邏輯,其實在生物前進演化的過程中,它也會在時空上形成一個物種環。 例如,A產生後代B,B產生後代C……C產生後代F,最終,A和F之間出現了生殖隔離。

不同的銀鷗,相近的沒有生殖隔離,不相近的有生殖隔離。純粹按照生殖隔離來劃分物種,怎麽都會非常的尷尬。

以目前的劃分來說,是把一些有生殖隔離的族群也劃分在了銀鷗這個物種內,有悖於無生殖隔離。

狼和狗,嚴格意義上屬於灰狼( Canis lupus [4] 這個物種。

這樣的劃分,從生殖隔離的角度來說,相比起銀鷗又陷入了另外一個極端。

物種之上的概念是屬,很多動物屬下的物種,大多數擁有生殖隔離(或者一定程度的生殖隔離),例如豹屬下的獅虎豹。

然而犬屬,卻比較特別:

自從把黑背胡狼(Lupulella mesomelas)和側紋胡狼(Lupulella adusta)單獨劃分為胡狼屬後,犬屬下面主要有5個物種比較明確:

衣索比亞狼(Canis simensis)、亞洲胡狼(Canis aureus)、金狼(Canis lupaster)、郊狼(Canis latrans)和灰狼(Canis lupus)。

金背胡狼以下為犬屬

這些物種,都沒有生殖隔離(當然,自然交配意願各不相同)。

其中與灰狼親緣關系最遠的是衣索比亞狼。

雖然過去的研究顯示,埃塞狼是灰狼的後裔,但後來的研究卻發現,它們大概從300-400萬年前就已經分支出來 [5] [6]

狼屬動物和早期人類一樣,有一系列非常相似的特點:

群居、個體大小相當,耐力強,能長途遷徙、雜交繁殖面積廣(例如智人和尼安德特人的關系)。

它們下面一些物種的遺傳覆蓋面積,往往能輕松達到數千公裏以上 [7]

這就使得埃塞狼雖然和灰狼遺傳分野的時間比較早,但卻很長一段時間都保持著雜交。

它們甚至透過雜交產生一個穩定遺傳的物種,那就是同屬於犬屬的——金狼。

金狼分別擁有72%灰狼和28%埃塞狼血統。

亞洲胡狼又被稱為金豺,屬於我們通常稱謂中的豺狼,並非胡狼屬,也非豺屬(這尷尬的命名遺留問題)。

他們可以和狼雜交(當然,自然交配意願並沒那麽高),且沒有生殖隔離。它們的後代,和亞洲胡狼非常相近,往往無法用肉眼分別。

有意思的是,金狼身體裏其實也檢測出了亞洲胡狼的血統。

也就是說,埃塞狼和灰狼打造金狼的過程中,亞洲胡狼充當著隔壁老王的角色 [8]

我們已經分析了犬屬四個物種之間錯綜復雜的關系,接下來還剩下一個物種——郊狼。

郊狼是和灰狼關系更近的物種,雖然化石證據顯示,郊狼和灰狼可以追溯到100萬年前 [9] 。但全基因組研究卻發現,灰狼亞種中的所有北美狼與郊狼的最後共同祖先,卻生活在51000年前 [10]

這裏我們不妨進行一個大膽的假設:

這是郊狼的主要分布——北美。

北美史上最受迫害的中大型食肉動物,越殺越多,現已入駐紐約等大城市

很有可能因為地緣關系的原因,郊狼的確在100萬年前就出現了。

但是呢,北美狼一直在不斷勾搭郊狼,乃至於它們的基因混合度非常的高,甚至不分彼此的地步。

一直到51000年前,因為某種特殊的原因,使得郊狼擺脫了北美狼的騷擾,基因變得更加的獨立。不過這也使得,郊狼和北美狼之間,彼此之間都互相含有對方的基因。

不過總是有北美狼勾搭郊狼成功,因此又產生了東部郊狼和紅狼這個兩個亞種。當然,有時候紅狼也被認為是種。

通常來說,郊狼與灰狼(北美狼)的交配意願,比起其它犬屬之間更高一些。

如果你按照單純的生殖隔離來判斷,整個犬屬的幾個物種,甚至都可以直接劃分成一個物種。

然而,它們的最早起源,往往長達百萬年,甚至數百萬年的跨度。這樣的遺傳時間跨度,在其它相似體型,但遺傳橫跨面積足夠小的動物來說,早就形成了單獨的物種。

因此對於物種的劃分,不僅僅只根據生殖隔離來判斷,最早的起源時間、遺傳是否長時間穩定,以及物種之間的交配意願等等,都會被考量進去。

同時,一個分類下的動物,究竟是科、屬、種、亞種,隨著研究材料的不斷更新、變化,都是有可能發生一定變化的。例如。胡狼原本僅僅是種,後來變成了屬。

最後我們再來說說狗和狼的關系。

如果說灰狼和衣索比亞狼、亞洲胡狼、金狼、郊狼是一個大家族中,一直持續通婚的不同家庭,只不過通婚頻率有所區別。

那麽,狼和狗就是一個家庭(灰狼)的親兄弟。

現在一般認為,總共11個兄弟,狗正是其中之一。

過去的研究,更是分出多達39個亞種,後來進行了合並。這也足以顯示出,灰狼內部情史非常混亂。

從考古來說,人類馴化狗的時間在1.5萬年前後 [11] ,從基因的角度來說,可以溯到3.3萬年以前 [12]

從基因上,狼和狗的區別,非常接近不同膚色人種之間的差異。

主要很小一部份比例基因的差異。

不過,為了搞清楚狼是如何前進演化成狗的,一份刊登在【自然】上的研究對狼和狗的全基因組進行了測序 [13] 。在380 萬個基因突變中,研究者辨識了 36 個基因組,釘選了122個基因(關鍵差異基因比例0.0032%)。

他們最終發現19 個基因組對狗大腦功能十分重要,其中8個基因組涉及到神經系統的發育。這足以說明,狼和狗核心行為差異(攻擊性小、更合群),在馴化的過程中就發生了改變。

最關鍵的是,研究者在6個區域,發現了10個對澱粉消化、脂肪代謝起關鍵作用的基因,尤其是AMY2B、MGAM和SGLT1三個基因發生的額外拷貝,完全改變了狗的消化能力。

  • AMY2B基因決定著澱粉酶的合成,可以讓狗比狼表達的澱粉酶多28倍,麥芽糖酶-葡糖澱粉酶要多12倍。同時澱粉酶的活性也增加了4.7倍。
  • MGAM基因可增加麥芽糖酶的活性。
  • SGLT1基因可提升葡萄糖的吸收效率。
  • 其實,狼本身就非絕對肉食,一份對狼食性的研究表明 [14]

    從左到右:有蹄類、食肉動物、微小動物、不明哺乳動物、鳥、植物、垃圾、不明物質

    它們胃腸內容物中,植物(第二高的柱狀圖)占據了較高的比例。而比狼澱粉消化能力提升28倍的狗,自然有以澱粉為主食的基礎。

    一般認為,農業的發展促進了狗的馴化。狗的祖先隨著早期人類定居而進入了人類生活,人生產生的大量垃圾吸引了狼群,這些垃圾主要以澱粉為主。

    在長期自然選擇的過程中,不能消化澱粉的被淘汰,留下了有著澱粉消化能力的犬類祖先。

    那為什麽很多狗看起來和狼差異非常大呢,甚至視覺上似乎遠遠超過不同的犬屬動物(其它的都與狼相近)?

    主要還是源自人類的手筆,尤其是近現代人類的強人工選擇。

    19世紀的世界大陸,正在建立緊密的聯系,貴族和博物學家們有條件走到世界各地,帶回去各種各樣的動物,以及不同的犬類品種。

    人類發揮著天馬行空的想象力,開始DIY自己想象中的任何動物。絕對服從的犬類,成了人們絕佳的育種物件。

    所謂純種狗的歷史不過短短100多年,它們大多有著雜種祖先。

  • 古老品系大約只有9~16種左右(沙皮、柴犬、松獅、秋田、巴辛吉、西伯利亞哈士奇、 阿拉斯加雪橇犬、 阿富汗獵犬、薩盧基等等) [15] [16] ,占所有犬種的2.5%,現代犬種占犬類品種的絕大多數。
  • 古代品系(上)VS 現代品系(下)

    一開始歐洲貴族讓犬類互相雜交的需求很純粹,為了培育出更加的優秀的獵犬,或者更加優秀的雪橇犬。工作犬的雜交時間,一些可以追溯到中世紀。

    早期的雜交讓犬類血統更豐富,也更加的健康,從而誕生了一些十分優秀的工作犬。

    為了保留犬類身體內的優秀基因,主人讓犬類和親近進行交配。

    然而由於犬類身體記憶體在39對染色體,比人類多很多。犬類個體間的基因差異更大,更難保證後代基因的穩定,他們甚至直接讓犬類和父母兄弟姐妹進行交配。

    雖然直接血親間的交配,讓犬類保留了優秀的基因,但同時也讓大量的致病基因留在了犬類的身體裏,成為了犬類病痛的來源。

    關於純種犬馴化的其它細節,可以看我這篇回答,這裏就不細說了。

    整體上來說,不同的純種犬,基因往往是相當單一的。

    例如,經過DNA分析,英國上萬只八哥犬的基因,僅僅來自50只 [17]

    從物種的角度來說,大量的犬種甚至算不上真正的亞種。在自然界,一個灰狼亞種下,特征在一定時間下產生大量的變化,也是非常常見的事情。

    一些犬種,甚至直接是家犬和狼的後代,而野化了的家犬也和狼的行為更加的相似,甚至因為野化家犬更容易在人類聚居區尋找食物,對人類老弱病殘個體可能具有更大的威脅。

    所以,從各個角度來說,狼和狗都是同一物種。

    單純看生殖隔離,他們的關系,更是比其它的犬屬物種近得多。

    總之,看待物種關系,必須從綜合而立體,且變化的視角去看,而不能僅僅抓住生殖隔離不放。

    參考

    1. ^ Westram, Anja M., et al. "Reproductive isolation, speciation, and the value of disagreement: A reply to the commentaries on ‘What is reproductive isolation?’." Journal of Evolutionary Biology 35.9 (2022): 1200-1205.
    2. ^ Liebers, Dorit, Peter de Knijff, and Andreas J. Helbig. "The herring gull complex is not a ring species." Proceedings of the Royal Society of London. Series B: Biological Sciences 271.1542 (2004): 893-901.
    3. ^ Vijay, Nagarjun. Digest: Why are there no ring species?*[J]. Evolution, 2017, 71(2):501-502.
    4. ^ Mech, L. David. "Canis lupus." Mammalian species 37 (1974): 1-6.
    5. ^ Gottelli, Dada, et al. "Molecular genetics of the most endangered canid: the Ethiopian wolf Canis simensis." Molecular Ecology 3.4 (1994): 301-312.
    6. ^ Lindblad-Toh, Kerstin, et al. "Genome sequence, comparative analysis and haplotype structure of the domestic dog." Nature 438.7069 (2005): 803-819.
    7. ^ Gaubert, Philippe, et al. "Reviving the African wolf Canis lupus lupaster in North and West Africa: a mitochondrial lineage ranging more than 6,000 km wide." (2012): e42740.
    8. ^ Urios,v .等人的報告:「對男性婚姻中的染色體有絲分裂的分析艾爾特羅
    9. ^ Wang, Xiaoming. Dogs: their fossil relatives and evolutionary history. Columbia University Press, 2008.
    10. ^ vonHoldt, Bridgett M., et al. "Whole-genome sequence analysis shows that two endemic species of North American wolf are admixtures of the coyote and gray wolf." Science Advances 2.7 (2016): e1501714.
    11. ^ C L J A B , D L G , E R S , et al. A new look at an old dog: Bonn-Oberkassel reconsidered[J]. Journal of Archaeological Science, 2018, 92:126-138.
    12. ^ Irving-Pease E K . Paleogenomics of Animal Domestication[M]. 2018.
    13. ^ Axelsson E , Ratnakumar A , Arendt M L , et al. The genomic signature of dog domestication reveals adaptation to a starch-rich diet[J]. Nature, 2013, 495(7441).
    14. ^ Pezzo F , Parigi L , Fico R . Food habits of wolves in central Italy based on stomach and intestine analyses[J]. Acta Theriologica, 2003, 48(2):265-270.
    15. ^ Parker, Heidi G., et al. "Genetic structure of the purebred domestic dog." science 304.5674 (2004): 1160-1164.
    16. ^ Larson, Greger, et al. "Rethinking dog domestication by integrating genetics, archeology, and biogeography." Proceedings of the National Academy of Sciences 109.23 (2012): 8878-8883.
    17. ^ "Pedigree dogs plagued by disease". BBC News. 19 August 2008. Archived from the original on 18 September 2008. Retrieved 26 December 2009.