生物之間為什麼存在生殖隔離?

科學探索菌


生殖隔離的形成

生殖隔離形成的第一步通常是地理隔離,同一物種的不同種群因為氣候、地形變化等原因分開了,彼此間相隔不可逾越的地理屏障。它們各自發生不定向的變異,但只有適應所處環境的個體才能生存下去。自然選擇推著它們往不同方向走,長此以往它們的基因和形態差異就越來越大,直至它們之間形成生殖隔離。

除地理隔離外,生殖隔離形成的外因還有生態隔離、行為性隔離、季節隔離等,最終的結果要麼是無法完成交配動作、配子不親和,要麼是雜種不成活或衰敗、後代不育,這樣生殖隔離就形成了。

生殖隔離和物種形成的關係

生殖隔離是物種形成的充分不必要條件。如果種群之間形成了生殖隔離,那麼新物種必然就出現了。但並不是所有的物種之間都有生殖隔離,新物種的形成歸根結底還是彼此之間在基因和形態上不可忽視的差異,並且這種差異可以穩定的遺傳給後代。生殖隔離是物種形成的最後一步,在物種形成之初,它們之間由於分歧時間尚短或者進化速度較慢等原因,彼此間差異較小,還是可以發生基因流動的。

比如我們說犬屬的幾個物種。灰狼和郊狼在物種形成之初必然是存在地理隔離的,後來由於各自的適應輻射,它們又見面了。灰狼是北美西部大東部小,而郊狼則相反。在北美西部,由於體型方面差異太大,它們無法完成交配動作,可以實現生殖隔離。但在北美東部,由於它們體型差距不算大,而它們的基因差異還不足以阻止它們之間發生基因流動,所以它們可以完成交配,而且雜種後代是完全可育的,也就是說沒有生殖隔離。類似的情況還有小亞種狼和金背胡狼。

灰狼
郊狼

郊狼和灰狼雜交後代

所以近緣物種之間不一定存在嚴格的生殖隔離,但是如果沒有生殖隔離,那麼新物種的地位是不穩固的。例如北極熊和棕熊,它們的分化只有60多萬年,如果發生交配,它們的配子能夠親和,而且後代完全可育。分子遺傳學證據顯示,公棕熊在歷史上沒少做給公北極熊戴綠帽子的事。更奇特的是,有個棕熊亞種的母系基因完全來自於母北極熊,這就是生活在阿拉斯加東南部亞歷山大群島的錫特卡棕熊。這是公棕熊入侵這個史前北極熊種群並迅速將其侵蝕的結果,只用了一萬年就把這個種群完全棕熊化了。當然,一般情況下北極熊和棕熊是見不上面的,只有這樣北極熊才能保住自己物種的純潔性。

北極熊

棕熊

北極熊和棕熊雜交後代

瞭解動物知識,關注動物博覽。


動物博覽


生物之間的生殖隔離從最微觀的原理來說是基因變異和漂移的結果,基因型的改變不僅造成細胞內遺傳物質的不兼容,也造成生物生理結構和行為上的差異導致無法完成生殖過程,如此也形成了生殖隔離。


生殖隔離的因素分為,合子前因素(受精前)和合子後因素(受精後)。


合子前隔離機制

就種群的自然選擇而言,合子前隔離機制是最經濟的,因為資源不會浪費在較弱、無活力或無菌的後代的繁殖上。這些機制包括物理生境障礙(諸如種屬生活的環境不同),或者生理性以及系統性的受精障礙(諸如性器官無法達成受精)。相關的合子前障礙因素可以分為:時空或者棲息地的隔離、行為隔離,以及繁殖機制、配置隔離等等。

鳥類、昆蟲和許多其他動物的叫聲是吸引了同物種的性夥伴的一種識別機制,這些叫聲呈現出特定的模式,只能由同一物種的成員識別,因此構造了某種生殖隔離的機制。也就是說有時候性選擇的信息傳遞機制造成了生殖隔離,以低識別成本高精度的識別手段淘汰了換模稜兩可低識別度的信息機制,導致這種機制越來越特化,而繁殖成功率也隨之上升。

被許多種被子植物的花已經進化成只吸引和獎勵一種或某幾種傳粉物種(昆蟲、鳥類、哺乳動物),它們在形態,顏色,香味和花蜜存在方面的廣泛多樣性在許多情況下是與傳粉媒介物種共同進化的結果。這種對傳粉媒介物種的依賴和選擇也成為了某種生殖隔離的屏障。也就是說生殖隔離有時候是物種共同專性(而不是泛性)進化的結果,這非常類似社會學中的“社會大分工”——物種適應與其共生的其他物種的多樣性的成本壓力促進了生殖隔離的形成。

上圖:花的結構差異造成了傳粉動物的差異,造成了授粉過程的隔離。

上圖:如果卵子拒絕精子,也從微觀生理上形成了生殖隔離的最基本防線



合子後隔離機制

在受精後形成的合子發育直到能夠進行下一代繁殖的成體這整個過程中的障礙機制,就是合子後隔離機制,此機制可以防止種群間成功的雜交。相關因素有配置的死亡率以及雜交後代的活力不足(無法繁殖下一代)。


當卵子或胚珠受精但受精卵沒有發育,或者它能夠發育並且由此產生的個體活力降低時,就會表現出一種常見於植物和動物中的生殖不相容性,這常見於蛙屬物種之間雜交的情況:在一些雜交案例中,受精卵無法分裂(第一次有絲分裂就有問題);在某些其他情況下,正常分裂在囊胚中正常進行,但在原腸胚形成時失敗。或者,在某些雜交的情況下,初始發育階段是正常的,但在胚胎髮育的最後階段發生錯誤。這似乎表明這些物種中胚胎髮育的基因(或基因複合物)的分化差異,決定了雜種無法存活。

這表明生殖隔離似乎是因為基因表型的不兼容而造成,即較小的表型不兼容仍然可以在生物個體的總體穩態中得到包容和平衡,但過大的基因表型不兼容則會造成生命體系統的穩態無法形成,這種不兼容性、不穩定性和不能維持性通常在生命體發育的早期就會表現出來。


此外,雜交後代不育,也最終上形成了生殖隔離。典型的例子就是騾子(馬和驢雜交)。由於親本物種中染色體數目不同,導致子代染色體失衡。


或者再換一個角度看,生殖隔離實際上是因為有性繁殖必需要兩套有差異的遺傳物質來構成合子的這種雜交繁殖機制所天然造成,兩套遺傳物質若差異太大或者太小都會給後代帶來遺傳所致的生理劣勢。只有當兩套遺傳物質的差異在一個很微小的範圍內,物種才能獲得最高的進化選擇優勢。這或許就是生殖隔離的基本原因。但騾子這種情況就屬於底層機制問題了(⊙﹏⊙b,生物的行為和現象是沒有目的性的,有的現象走到死衚衕也沒辦法啊)。


小宇堂


生物間的生殖隔離,是地理隔離後各自進化的結果。

同一個物種,遷移兩地後,因地理隔絕,不再發生頻繁的基因交流,則千百代之後,因群體基因變異,就會導致生殖隔離,變成2個物種。

有一個例子,一種鳥,起源東亞,分佈於亞歐非和南亞,中間隔著印度洋和地中海。亞歐之間無隔離,歐與非無隔離,非與南亞無隔離,南亞與亞無隔離。但亞與非,南亞與歐,卻有生殖隔離。充分說明地理隔離造成的生殖隔離。


hlj7606


作為一名生物行業的科研人員,簡單談一下個人對這個問題的一點觀點。

首先,什麼是生殖隔離?生殖隔離是區別於不同物種的一個重要的因素。生殖隔離的行成能使得使得親緣關係較為接近的類群之間在自然條件下不能進行交配或者即使能自由交配但是不能夠產生子代或者產生的子代是不育的(比如騾子,馬和驢的種間雜交後代)。主要包括雜種不活、雜種不育和雜種衰敗

為什麼會形成生殖隔離?

生殖隔離的行成包括多方面的因素:

1)地理隔離:地理隔離是指一種生物由於地理原因的差異而使得種群間不能進行正常的基因交流,隨著進化以及自然環境得影響而行成生殖隔離。

2)生態隔離:由於食性、生活習性和棲息地的不同導致的不能夠自然交配或交配不成功的現象。

3)季節隔離:比如不同季節的交配期等引起的隔離。

4)生理隔離:比較普遍的現象,由於生理上的差異導致不能完成受精的現象,比如異花花粉落在花柱上而由於結構的不同導致不能受精,以及不同動物的精子不能再異種體內存活太久或者活性降低等引起的受精失敗等。

5)雜種不活:不同種生物受精後,能夠行成合子,但合子不能存活或者雖然能存活但是發育到某一階段就死亡了。也有的胚胎髮育雖然完成,或者發育為幼體,但是不能生活到性成熟,故留下後代的概率很低。

6)雜種不育:比如騾子,因為來自於馬和驢的染色體數不同,導致減數分裂紊亂不能進行正常的減數分裂和產生配子,導致不育。

7)雜種衰敗:種間雜交雖能形成正常的下一代(F1),但在下一代的下一代(F2),絕大部分重組基因型對環境無適應能力而不能存活。

以上幾個因素都會引起生殖隔離,而目前能解決生殖隔離的技術已經出現:轉基因技術,很大程度上打破了物種間的生殖隔離,利用科學技術得到人們想要的性狀等。

以上是我的一點見解,有其他的觀點可以留言和我一起討論哦~


科學直通車


為保證地球物種的多樣性和競爭性,以便促進地球生物的文明與發展。避免基因的互相同化,在避免流行性疾病上起重要作用,如果不存在隔離,一場大的流行病或一種細菌,足夠消滅所有的地球生物。


分享到:


相關文章: