為什么動物老是演化成像螃蟹一樣的形態(tài)？

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撰文 | Laurel Hamers

翻譯 | Grace

審校 | 栗子

一個(gè)扁平的圓形外殼。一條折疊在身體下面的尾巴。這就是螃蟹的樣子，顯然也是生物體的演化巔峰該有的模樣（至少根據(jù)進(jìn)化論是這樣）。在甲殼類動物（螃蟹、龍蝦和蝦等都屬于此類）中，類似螃蟹的身體結(jié)構(gòu)至少已經(jīng)演化出了五次。事實(shí)上，這種情況經(jīng)常發(fā)生，被人稱之為蟹化（carcinization，又稱短尾化）。

那么，為什么動物老是演化成像螃蟹一樣的形態(tài)？科學(xué)家們并不確定，但他們有很多想法。

有一種叫做“趨同進(jìn)化（convergent evolution）”的現(xiàn)象，即不同的群體獨(dú)立進(jìn)化出了相同的特征。這就是蝙蝠和鳥類都有翅膀的原因。蟹化也是“趨同進(jìn)化”的一個(gè)生動的例子。但耐人尋味的是，像螃蟹一樣的體型在親緣關(guān)系非常密切的動物中演化出了很多次。

劍橋大學(xué)動物學(xué)系高級研究助理Javier Luque說，蟹化在如此精細(xì)的尺度上發(fā)生，這一事實(shí)意味著演化是靈活的，是動態(tài)的。

甲殼類動物已經(jīng)經(jīng)歷了多次重復(fù)的形態(tài)演化，從帶有大尾巴的圓柱形身體（像蝦或龍蝦）變成更扁平、更圓、更像螃蟹的體型，尾巴也變得不太突出。這種演化的結(jié)果是，許多類似螃蟹的甲殼類動物，比如令人垂涎的帝王蟹，在嚴(yán)格意義上甚至不屬于“真正的螃蟹”。它們有著與螃蟹（Brachyura，短尾下目）相近的體型，但實(shí)際上屬于另一種稱為“假螃蟹”（Anomura，異尾下目）的甲殼類動物。

當(dāng)一種特征出現(xiàn)在動物身上并代代相傳時(shí)，這表明這種特征對物種是有利的，這就是自然選擇的基本原則。螃蟹形態(tài)的動物有多種體型，在從山區(qū)到深海的各種棲息地都能茁壯成長。哈佛大學(xué)組織和進(jìn)化生物學(xué)副研究員Joanna Wolfe說，棲息地的多樣性使得動物很難為它們的身體演化確定一個(gè)有益方向。

2021年，Wolfe及其同事發(fā)表在BioEssays雜志上的一篇論文中提出了一些可能性。例如，螃蟹收起的尾巴與龍蝦更突出的尾巴相比，可以減少捕食者容易接觸到的肉的量；相較于龍蝦的圓柱形身型，螃蟹扁平、圓形的外殼可以幫助它向側(cè)面爬行。

但Wolfe表示，還需要更多的研究來檢驗(yàn)這些假設(shè)。她還試圖利用基因圖庫來更好地了解不同的十足目（Decapoda）甲殼類動物之間的關(guān)系，以更準(zhǔn)確地確定各種“蟹類”的進(jìn)化時(shí)間，并找出驅(qū)動蟹化的因素。

Wolfe說：“還有另一種可能的解釋。對動物而言，類似螃蟹的體型本身不一定有利，而擁有這樣的體型可能是生物體內(nèi)的其他因素作用的結(jié)果。”例如，論文的共同作者Luque說，螃蟹之所以演化出這樣的體型，可能不是因?yàn)樗耐鈿せ蛭舶托螤畋旧?，而是因?yàn)檫@種形狀利于身體其他部位的活動。

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例如，龍蝦的大尾巴可以推動它在水中穿行，也幫助它碾碎獵物。但Luque說，尾巴也會妨礙并限制龍蝦的其他功能。而螃蟹的體型可能會給動物留下更多的靈活性，讓它們的腿在行走之外演化出特殊的作用，讓螃蟹能夠輕松適應(yīng)新的棲息地。一些螃蟹已經(jīng)適應(yīng)了讓它們的腿在沉積物下挖掘，或者像劃槳一樣在水中前行。

Luque說：“我們認(rèn)為，像螃蟹一樣的體型已經(jīng)獨(dú)立進(jìn)化了這么多次，因?yàn)檫@樣的身體擁有更多樣的功能，幫助動物到達(dá)其他甲殼類動物所不能去的地方?！?/p>

在演化過程中，像螃蟹一樣的體型也經(jīng)歷過多次“丟失”，這一過程被稱為“去蟹化（decarcinization）”。

Luque解釋說：“螃蟹體型是靈活多變的，它們可以來來回回地改變體型?！?/p>

Wolfe認(rèn)為螃蟹和其他甲殼類動物就像樂高玩具一樣：它們有許多不同的組件，是可以在不顯著改變其他功能的情況下被換掉的。因此，將圓柱體變平是相對簡單的，反之亦然。但不管變換的結(jié)果是好是壞，人類不會很快變成螃蟹。Wolfe說：“不同于甲殼類動物身上具有適宜改變體型的組件，我們?nèi)祟惖纳眢w是非模塊化的?！?/p>

封面來源：一拳超人

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