问题

如果区分物种看生殖隔离,那六倍体与二倍体理论上也不会有生殖隔离,是不是同一物种?

回答
关于六倍体与二倍体之间是否属于同一物种的问题,这确实触及到了物种概念和生殖隔离的精妙之处。如果仅以生殖隔离作为判断物种的唯一标准,那么在理论上,六倍体与二倍体之间似乎确实不会存在绝对的生殖隔离,这很容易让人联想到它们或许是同一物种。然而,实际情况要复杂得多,我们需要从几个层面来深入探讨。

首先,我们需要明确“物种”这个概念本身。 科学界对物种的定义并非铁板一块,最广为人知的“生物学物种概念”(Biological Species Concept, BSC)是由恩斯特·迈尔提出的,其核心在于生殖隔离。根据BSC,如果两个种群的个体能够自然交配并产生可育的后代,那么它们就属于同一物种;反之,如果存在生殖隔离(无论是在交配前还是交配后),它们就属于不同物种。

现在,让我们来分析六倍体与二倍体的情况。

这里的关键在于“六倍体”和“二倍体”通常是指染色体数目的不同。在许多植物(以及少数动物)中,染色体组的倍增(多倍化)是一种常见的进化机制,它会导致个体拥有非两倍的染色体组。

二倍体(Diploid, 2n):拥有两个染色体组,这是最普遍的染色体数目。
六倍体(Hexaploid, 6x):拥有六个染色体组。

为什么理论上不会有绝对的生殖隔离?

核心在于减数分裂和配子形成。

1. 形成配子的过程:
二倍体个体通过减数分裂,产生含有“n”个染色体的配子(精子或卵子)。
六倍体个体,其染色体组是成对的,但因为是三套同源染色体组(例如,如果二倍体是AA,那么六倍体可能是AAA)。在减数分裂过程中,同源染色体配对是复杂的。理论上,它应该能够产生含有“3n”个染色体的配子。

2. 杂交与后代:
如果一个二倍体(n个染色体)与一个六倍体(3n个染色体)进行杂交,那么产生的后代(杂种)将拥有“n + 3n = 4n”个染色体。这些后代被称为四倍体(Tetraploid, 4x)。

3. 可育性问题:
这里的关键点在于,这个四倍体杂种通常是可育的。为什么?因为在四倍体形成配子时,它拥有四套同源染色体组(AAAA)。在减数分裂时,这些同源染色体能够相对正常地配对(例如,a与a配对,a与a配对),从而产生含有“2n”个染色体的配子。
这些含有“2n”个染色体的配子,当它们再次与另一个四倍体(或一个正常二倍体,但这会使情况更复杂)的配子结合时,能够产生可育的后代。

所以,从这个角度看,六倍体与二倍体之间并没有“绝对的”生殖隔离,因为它们可以杂交产生可育的后代。

然而,这并不意味着它们是同一个物种,原因在于“生殖隔离”的复杂性和其他物种概念的引入。

1. 杂种不育是“生殖隔离”的一种,但不是唯一的一种。 生殖隔离还可以表现为:
地理隔离: 生活在不同地理区域。
生态隔离: 生殖季节或繁殖地不同。
行为隔离: 求偶行为、信号不同。
机械隔离: 生殖器官不匹配。
配子隔离: 配子无法融合。
杂种存活能力低: 杂种即使产生也无法存活。
杂种不育: 杂种无法产生可育配子。

在我们讨论的六倍体与二倍体杂交的情况下,产生的四倍体杂种是可育的,这似乎“打破”了“杂种不育”的隔离。

2. 实际的种群动态和生态位:
基因流(Gene Flow): 在自然界,物种的界定很大程度上取决于种群内部的基因流是否顺畅,以及与其他种群的基因流是否受阻。即使六倍体和二倍体能够杂交,如果它们在自然界中很少发生杂交,或者杂交产生的后代在生态位上与亲本差异很大,导致它们无法有效竞争和繁殖,那么它们在功能上仍然可以被视为不同的“单位”。
生殖隔离的程度: 即使杂交后代可育,但如果杂交发生的频率极低,或者杂交后代的适应性较低(例如,在特定的环境中不如亲本繁殖成功),那么就存在部分生殖隔离。自然界中,生殖隔离并非总是“全有或全无”的二元状态,而是存在程度上的差异。

3. 其他物种概念的考量:
形态学物种概念: 很多时候,我们还会依据形态上的差异来区分物种。六倍体和二倍体在形态上可能存在显著差异,比如植株更大、叶片更厚、开花时间不同等。
系统发育物种概念: 从演化历史的角度看,六倍体化事件往往发生在特定的祖先基础上,形成了一个新的演化谱系。即使它们与某个二倍体祖先能够杂交,但它们作为一个独立的演化单元,已经走了很长的演化道路。
生态物种概念: 如果六倍体和二倍体占据了不同的生态位,利用不同的资源,或者对环境的适应性有显著差异,那么它们也可以被视为不同的物种。

在植物中,多倍化与物种形成之间的关系尤为密切和复杂。

快速物种形成: 多倍化是一种非常高效的物种形成机制,尤其是在植物界。当一个新形成的多倍体(例如,一个六倍体)出现时,即使它的祖先是二倍体,它本身也可能因为染色体组成的不同,拥有不同的生理特性和生态适应性。如果这个新的多倍体与它的二倍体祖先生活在不同的环境中,或者由于生殖隔离机制(即便不是绝对的)而难以与之杂交,它就可能迅速成为一个独立的新物种。
三倍体不育的特殊情况: 需要注意的是,如果某个种群是三倍体(3n),它在减数分裂时,染色体配对非常困难,通常只能产生n+1或n1个染色体的配子,这些配子与正常配子(n)结合产生的后代(例如2n+1或2n1)通常是不育的。所以三倍体往往表现出强烈的杂种不育(生殖隔离)。但我们的讨论是六倍体与二倍体。

回到六倍体与二倍体的情况,它们之所以可能被视为不同物种,主要原因在于:

形成过程的“孤立”性: 多倍化本身可以看作是一种“即时”的生殖隔离事件。一个多倍体在刚形成时,其染色体数目与二倍体亲本不同,在进行减数分裂产生配子时,与二倍体亲本进行“正常”配子的融合,其产生的杂种(在此例中为四倍体)的染色体数目是正常的(可育),但它们的基因型与亲本不同。更重要的是,多倍体与二倍体在配子形成时,其产生的配子类型是完全不同的(3n对n),这本身就构成了一种“信号”上的差异。
演化路径的分野: 一旦一个多倍体形成,它就开始走上自己的演化道路。即使理论上存在与二倍体祖先杂交产生可育后代的可能,但在实际的自然选择压力下,如果多倍体在新的生态位上获得了优势,或者其繁殖更加成功,那么它就会与二倍体祖先产生演化上的分歧。
生态和形态的差异: 如前所述,六倍体在形态、生理和生态适应性上,往往与它们的二倍体祖先存在差异,这些差异本身也支持将它们视为不同的单位。

总结来说:

如果严格按照生物学物种概念中“产生可育后代”的定义来判断,并且假设六倍体与二倍体能够自然杂交并产生稳定可育且能够独立繁衍的后代(在本例中是四倍体),那么它们之间似乎不存在绝对的生殖隔离。

但是,在实际的物种形成和界定中,我们不能仅凭此一个标准。 多倍化事件本身就可能带来一系列的生理、生态和行为上的改变,这些改变会限制或阻碍与二倍体亲本的有效基因流,从而形成功能性的生殖隔离,即使这种隔离不是基于杂种不育。同时,形态学、生态学和系统发育学上的证据也常常支持将它们视为独立的物种。

所以,虽然理论上六倍体与二倍体之间可能存在杂交并产生可育后代,但这并不直接意味着它们是同一个物种。 更准确的说法是,它们可能处于一个特殊的“物种形成前或形成中”的状态,或者由于多倍化带来的多重差异,已经在功能上形成了独立演化谱系,被认为是不同的物种。 尤其是当六倍体自身已经形成了一个相对稳定的、有别于二倍体祖先的种群时,就更倾向于将其视为独立的物种单位。

网友意见

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不,题目的前提不对。

物种的界限是人为划定的。生殖隔离可以帮你大概判定生物学物种的界限,但不是“区分物种就看它”。而且,“能搞出子一代个体来”并不是“没有生殖隔离”。

  • 马和驴交配可以产生骡子,母骡有很小的概率怀孕并成功繁殖后代,这种事情被人多次记录下来(从 1527 年到现在记载了六十多次,二十世纪到二十一世纪记载的事件有相应的研究[1]),这没有导致人将马和驴合并为同一物种。
  • 小麦属的 6 个天然种有 2 种二倍体、2 种四倍体、2 种异源六倍体[2],它们之间不能杂交产生可育后代,而不是不能杂交产生子一代植株。

按题目所述,设某种六倍体生物与某种二倍体生物杂交产生四倍体生物,这种四倍体生物与上述六倍体生物杂交产生的会是五倍体生物,这种四倍体生物与上述二倍体生物杂交则产生三倍体生物。绝大部分地球真核生物的三倍体、五倍体个体是不能有性生殖的。上述四倍体生物可能通过自交或和其他四倍体个体交配来产生可育后代,这并没有将上述六倍体生物和上述二倍体生物的基因库联结起来。

结果是,若没有历史惯性将这些生物都分类为同一物种,你完全可以将三者分类成三个不同物种。

上述四倍体生物也可能并不可育,物种就少一个了。

历史惯性的影响很大。人们经常将不熟悉的动物简单地按外观划为一类,事后发现原来应该分成不同物种,例如二十世纪末才知道灯塔水母有 2 种。日本猕猴与台湾猕猴交配产生的后代完全可育,二者的生殖隔离目前只来自大海,但人们在知道这情况之前已经将它们分成两个物种了。

参考

  1. ^ 例如这个 https://doi.org/10.1177%2F014107688507801006
  2. ^ 多倍体小麦是新物种吗? - 赵泠的回答 - 知乎 https://www.zhihu.com/question/477324465/answer/2089027199

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