本文參加百家號 #科學了不起# 系列徵文賽。
咱們先給出答案,黃牛和水牛雖然都是牛,但它們雜交生出的後代已經沒了繁殖後代的能力,也就是說這兩個物種之間已經產生了生殖隔離。同樣都是牛,為什麼會產生生殖隔離呢?今天我們就好好聊一聊。
生殖隔離的兩個原因
基因變異
物種在進行有性生殖時,親本會產生配子細胞,在母親體內的叫做卵細胞,在父親體內的叫做精子,精子和卵細胞裡均包含著同樣數量的染色體,比如:人類卵細胞和精子中均包含著23條染色體。在這些染色體上,每條都包含著多種不同的基因。
我們知道,物種在進行有性生殖時,並不會完全精確地複製父本以及母本的信息,在每一次自我複製時,會發生個位數的基因變異。
好在,大多數基因對於個體都是無用的,還有一些基因對應的性狀是無害的,比如:一些基因控制的性狀,是身上的一個痣,那麼這個基因對人類的影響是無害的。
只有極個別的基因會對個體產生較大的影響,比如:人類之所以擅長長跑,科學家研究可能是因為CMAH基因的失活(目前這個理論還是假說),這個基因在其他物種體內也有,但由於基因變異,導致人體內的該基因失去活性,從而讓人類跑得更快。
我們可以這樣理解,某些關鍵的基因由於發生了變異,如果這個變異能夠適應環境,那麼這個基因就有可能被自然選擇保留下來。再加上地理環境的隔絕,以及其他因素,那麼該物種的後代就有與其他個體產生生殖隔離。
染色體變異
還有一種生殖隔離產生的原因叫做染色體變異,但並不是所有染色體變異都會產生生殖隔離。比如:我們每個人都是有23對染色體,但唐氏患者卻多了一條21號染色體,原本21號染色體應該是兩條,但他們是3條。
而人類與唐氏患者卻不存在生殖隔離。但是唐氏患者具有可遺傳性,因此唐氏患者所生育的後代,21號染色體大概率會擁有3條,如果經歷足夠多的子代累積(時間以百萬年計算),那麼唐氏患者子代,未來很有可能與正常人的子代產生生殖隔離。
學過《進化論》的你一定知道,人類在幾千萬年前與黑猩猩曾擁有共同的祖先,但現在人類和黑猩猩之所以產生生殖隔離,其實就是因為,兩者無論在基因還是染色體上都存在明顯的區別。
比如:黑猩猩擁有24對染色體,而人類擁有23對染色體;黑猩猩有4%左右的基因和人類不同。
黃牛和水牛為什麼會產生生殖隔離?
黃牛和水牛同樣都是牛,之所以會產生生殖隔離,其實就是兩者的基因以及染色體之間存在差異。比如:黃牛擁有60條染色體,而水牛擁有48條染色體。它們雖然交配後可以產生後代,但後代不具備繁衍的能力,因此兩者之間存在著生殖隔離。
再者,按照生物學家的分類方法。
黃牛為:動物界-脊索動物門—哺乳綱-偶蹄目-牛科-牛屬-黃牛種。
水牛為:動物界-脊索動物門—哺乳綱—偶蹄目—牛科—水牛屬
也就是說,從屬開始兩者就已經存在明顯差異,而科學家規定,當一個物種之間存在生殖隔離時,會形成種與亞種的區別,比如:智人與尼安德特人存在著部分生殖隔離,那麼在分類時,就不會把尼安德特人歸為智人種,而是尼安德特人種。
智人:人科——人屬——智人種。
尼安德特人:人科——人屬——尼安德特人種。
而黑人和白人以及黃種人之間並不存在生殖隔離,因此統稱為:「智人」。
生殖隔離產生的條件
其實,生殖隔離的產生會經歷3個階段:
第一個階段:可遺傳性的變異,如:基因變異、染色體變異、基因重組。
第二個階段:自然選擇會讓某些可遺傳性的變異在種群中傳播,比如:唐氏兒雖然是可遺傳性變異,但由於它不能適應環境,因此這個變異不會在種群中傳播;而有些變異,比如人類的長跑基因變異,可以幫助人類更適應社會,所以自然選擇會讓它在種群中傳播。
第三個階段:地理隔離和生態位隔離導致兩個種群間無法生殖交流,因此兩者在演化時逐漸形成較大的差異,逐漸會形成新的物種。當兩個物種間一旦形成生殖隔離,生物學家則會把它歸為新的種類。