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進(jìn)化的邏輯︱小蝌蚪找媽媽?那只是童話
總的來說,以數(shù)量取勝的動(dòng)物大都缺少親代撫育行為,數(shù)量太大本身就是難以克服的障礙。但這并不是說昆蟲父母壓根就不為后代著想,事實(shí)上許多昆蟲都會盡到力所能及的責(zé)任。
根據(jù)昆蟲的覓食特征,動(dòng)物學(xué)家將它們分為植食性昆蟲、寄生性昆蟲和捕食性昆蟲三大類。不同的昆蟲的產(chǎn)卵行為也有所不同,以寄生性昆蟲為例,它們需要將卵產(chǎn)在寄主身上,好讓后代一出世就能吃到美味的食物,但不希望一出世就遇到競爭對手,所以雌蟲在產(chǎn)卵前會先探測宿主是否已經(jīng)被寄生,只有沒有被寄生的宿主,才是優(yōu)秀的宿主,否則它們就會繼續(xù)尋找新的空白宿主。
除此之外,雌蟲還會對宿主的可寄生性進(jìn)行全方位考察,比如宿主的果實(shí)顏色是否合適、是否成熟,以及植株大小、鮮嫩程度、發(fā)育時(shí)期等,只有在合適的宿主身上產(chǎn)卵,才能保證后代的生活質(zhì)量。像是柑桔潛葉蛾的幼蟲,它比較偏好幼嫩的樹葉,雌蟲就會特意選擇在枝梢產(chǎn)卵,因?yàn)槟抢锏臉淙~最為鮮嫩可口,營養(yǎng)也最豐富。也就是說,盡管多數(shù)昆蟲都沒有照顧后代的行為,但它們還是會努力為后代創(chuàng)造良好的生活環(huán)境。
還有些昆蟲開發(fā)出一種奇特的技術(shù),作為親代撫育的有效替代手段,可以保障后代快速成長,那就是“變態(tài)發(fā)育”。
在動(dòng)物界,沒有親代撫育的物種要繁衍下去,必須具備幾個(gè)基本特征:一是數(shù)量巨大,經(jīng)得起高死亡率的損耗;二是自主生活能力極強(qiáng),剛到這個(gè)世界就會自主覓食;三是快速成長,能趕在被天敵吃掉之前就性成熟、交配,進(jìn)入下一輪生殖循環(huán)——就算不能快速成長,也要找個(gè)安全的地方躲起來慢慢長大。
變態(tài)發(fā)育可以同時(shí)滿足以上幾個(gè)條件。
昆蟲的發(fā)育模式千奇百怪,大致可以分為完“不完全變態(tài)發(fā)育”和“全變態(tài)發(fā)育”兩大類型。
不完全變態(tài)發(fā)育是指昆蟲發(fā)育過程經(jīng)過卵、幼蟲和成蟲等三個(gè)時(shí)期,代表有蜻蜓和蝗蟲等,幼蟲不但形態(tài)與成蟲類似,生活方式也與成蟲相同。比如蝗蟲幼蟲個(gè)頭雖小,卻可以到處跳躍飛行,乃至遍地成災(zāi)。
完全變態(tài)發(fā)育則要經(jīng)過卵、幼蟲、蛹和成蟲等四個(gè)時(shí)期,代表有蜜蜂、蝴蝶和蠶等。在幼蟲和成蟲之間,無論行為還是形態(tài),都存在極大差異,因此叫作“完全”變態(tài)。
變態(tài)發(fā)育——無論哪種模式,都是“以量取勝”的生育策略的結(jié)果。
邏輯是這樣的:既然采用了數(shù)量取勝策略,雌蟲就不得不產(chǎn)下大量卵子,以致每個(gè)卵子的體積都很小,無法為幼體發(fā)育提供充足的營養(yǎng)。幼蟲孵化之后,必須自力更生、盡快長大才行,而盡快長大需要攝入大量食物,所以幼蟲絕大多數(shù)時(shí)間都在進(jìn)食,就像蠶寶寶那樣,一直在吃桑葉。
為了完成大吃特吃的任務(wù),幼蟲的身體結(jié)構(gòu)往往相對簡單,只要能略作移動(dòng),連續(xù)進(jìn)食就可以了。除了食物供應(yīng),幼蟲連安全問題也自己解決,有的通過毛毛刺威脅天敵,有的通過偽裝色隱蔽起來——自主解決食物和安全兩大難題,昆蟲幼蟲可能是自然界最省心的寶寶。
當(dāng)幼蟲發(fā)育為成蟲以后,主要任務(wù)就不再是進(jìn)食,而是尋找配偶生育后代。隨著任務(wù)的改變,它們的身體結(jié)構(gòu)也需要作出相應(yīng)調(diào)整,以便遠(yuǎn)距離快速移動(dòng),比如飛行或者跳躍,蜜蜂蝴蝶等成蟲的樣子和幼蟲幾乎判若兩類。
以上就是昆蟲變態(tài)發(fā)育的根本邏輯。在昆蟲從蟲卵到成蟲的全程發(fā)育過程中,都沒有父母的身影,但父母已經(jīng)在基因中為后代設(shè)計(jì)了完美的發(fā)育程序。
一些脊椎動(dòng)物也采用“以量取勝”策略,它們會為后代提供某種形式的保護(hù),但采取變態(tài)發(fā)育的很少。青蛙就屬于脊椎動(dòng)物中的這種特例,不過它的變態(tài)發(fā)育的邏輯和昆蟲不太一樣。
我們知道,青蛙是兩棲動(dòng)物。兩棲的意思是,它們需要經(jīng)過水生到陸生的轉(zhuǎn)變,幼體往往在水中生活,成體則到陸地生活。兩種完全不同的生態(tài)環(huán)境,對身體結(jié)構(gòu)提出了截然不同的要求——幼體在水中生活時(shí),可以像魚一樣,用腮在水中呼吸、游泳和捕食。而成體需要適應(yīng)陸地生活,身體結(jié)構(gòu)就必須做出重大調(diào)整,以便四處跳躍,來去自如。所以它們也需要變態(tài)發(fā)育。
兩棲動(dòng)物大多在水中進(jìn)行體外受精,春天池塘里滿是黑壓壓的小蝌蚪,就是一個(gè)“以量取勝”的直觀證據(jù)。但你絕不會看到有青蛙父母照顧它們,它們也根本不需要父母照顧——小蝌蚪找媽媽的故事只是童話,事實(shí)上青蛙是沒有親代撫育的。
只有少數(shù)兩棲動(dòng)物會照顧后代。比如負(fù)子蟾為環(huán)境所迫,會將受精卵背在后背孵化。在負(fù)子蟾的生活環(huán)境中很難找到穩(wěn)定的水源,這倒逼它們改變了整個(gè)生育策略——而由于后背面積有限,很難再以數(shù)量取勝,它們不得不朝著以質(zhì)量取勝的方向演化。
魚類主要進(jìn)行體外受精,無親代撫育的比例也較高。雌魚和雄魚會在發(fā)情季節(jié)同時(shí)向開闊水域排卵和排精,根本無所謂誰和誰配對,它們都是逃逸競賽的贏家,代價(jià)是要排出遠(yuǎn)超實(shí)際需要的生殖細(xì)胞。
以翻車魚為例。成年翻車魚在交配季節(jié)可以產(chǎn)下3億枚魚卵,散入海水中四處飄散。這么多的魚卵自然會吸引大量天敵前來覓食,好在魚卵數(shù)量驚人,總有一些可以逃出生天。在后代完全自生自滅的情況下,一條雌性翻車魚一個(gè)生育季節(jié)大約可以留下30多個(gè)后代,盡管比例極低,但與大型哺乳動(dòng)物相比,這個(gè)數(shù)據(jù)已經(jīng)非??捎^了。
另一個(gè)以數(shù)量取勝的典型是海龜,它們的后代同樣無需親代照顧。有些雌海龜會在沙灘上產(chǎn)下200多枚卵,孵化之后,小海龜成群結(jié)隊(duì)沖向大海,一大半在途中就成了海鳥的食物。就算到了海里,也還會有一批成為魚類的食物,好在不至于全軍覆沒,最后總有幾只可以長到成年。
采用“以量取勝”生育策略的動(dòng)物,雌雄兩性對婚配制度都抱無所謂的態(tài)度,反正也不指望對方幫什么大忙,只要身體健康可以交配就行,所以它們多數(shù)奉行多夫多妻制。
起初,動(dòng)物界流行以量取勝的生育策略,生得多、死得快,大家聽天由命,流浪生死。但隨著自然選擇的推進(jìn),“以質(zhì)取勝”的時(shí)代終于到來,這是一條完全不同的進(jìn)化道路。
我們不妨打個(gè)比方,假設(shè)這兩種生育策略是兩家彩票投注站?!耙再|(zhì)取勝”的投注站幾乎每注必中,投資回報(bào)率接近100%;“以數(shù)取勝”的投注站則回報(bào)率極低,無限接近于零,必須大量投注才有所收益。不難想象,前者一旦出現(xiàn),彩民便會蜂擁而至。同樣地,在動(dòng)物界,以質(zhì)取勝的生育策略一旦出現(xiàn),就會產(chǎn)生巨大的誘惑,進(jìn)而直接改變動(dòng)物的撫育行為:一方面,由于后代數(shù)量較少,父母完全有能力給予它們照顧;另一方面,以質(zhì)取勝的后代相對精致,不像昆蟲幼蟲那樣四處亂爬、到處亂啃,它們需要父母更多的照料才能更好地存活。
那么,父母中誰來照料呢?就像上一篇專欄說的,依據(jù)“跑得快”原理,體內(nèi)受精的雌性在逃逸競賽中天然處于劣勢,這讓不得不它們成為親代撫育的主力軍。具體我們下一期再說。
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史鈞,生物學(xué)博士,專注于進(jìn)化論領(lǐng)域的科普寫作,已出版多部科普作品,其中《其實(shí)你不懂進(jìn)化論》獲得第十六屆文津獎(jiǎng),并入圍2020年中國好書。生命的進(jìn)化是符合邏輯的過程,底層邏輯就是自然選擇,在此基礎(chǔ)之上,又衍生出了許多其他邏輯,共同構(gòu)成了一個(gè)復(fù)雜的理論體系。本專欄將對這一理論體系進(jìn)行深度梳理,詳細(xì)介紹其中的各種邏輯關(guān)系,討論生命的本質(zhì),理解生命的意義。





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