本文參加百家號 #科學了不起# 系列徵文賽。
這是個很有意思的問題,我們不妨開一下腦洞,姑且想像一些不同物種可以隨意繁殖後的場面,屆時,獅身人面的動物、美人魚、鳥人將會產生,山海經中的奇珍異獸也會遍布山林,甚至在人類生活的區域內,也有貓狗(貓和狗的後代)、牛羊(牛和羊的後代)、人X(某種動物的名字)等等,這些你想都不敢想的生物出現在地球上。到時候,地球上一片「生機勃勃」、烏煙瘴氣,再下去多少年後,世界上就不會有一種純種的動物了,而是被一群經過數次雜交,來自於不同動物基因組成的「怪胎」所填滿的世界。
好了,我們把腦洞收一收,談一下正題:為什麼只有同一種生物才可以繁殖生育呢?
不同物種無法正常繁殖是因為有生殖隔離
在自然界中生活著數之不盡的動物,它們被科學家命名並分類,而分類的標準主要有三個:特徵、基因相似度以及能否繁衍後代。其中,能否繁衍可以繼續繁殖的後代是重要的依據,簡單的說就是物種間能夠主動的交配,而且交配後還可以產下擁有繼續繁殖能力的後代,那麼這就是同一物種的動物。只要完全滿足以上條件的動物都是有生殖隔離的。
因此,生殖隔離的定義就是在自然條件下,物種間不交配、或者交配後不會產生後代,亦或者產生後代不具備生育能力。
在自然界中,所有的動物都遵循著生殖隔離的約束,它們對其他的物種沒有任何的性取向,這就是第一層的隔離。正是這層隔離,讓同在一個生境中的狗和貓不會有交配的行為。而且即使在人為的幹預下讓狗和貓交配,它們也會因為體內基因的差異,精卵細胞無法正常結合,這就是第二層的隔離。
但是,在人為的幹預下,這一層生殖隔離可能會被打破,比如將兩頭不同性別的獅子和老虎長期放在一起飼養,在發情期,它們是可能交配的。而且由於獅子和老虎的親緣關係比較接近,所以它們還能夠產下後代-獅虎獸。只不過,獅虎能夠成功受孕的機率僅有1-2%,這就是部分基因異同的原因造成的。
儘管獅子和老虎、驢和馬這些基因較為接近的動物能夠產下後代,但是它們仍然受生殖隔離的約束,因為它們的後代獅虎獸和騾子都是不具備生育能力的。
在生物的分類中,種是最基礎的分類,而且經過試驗我們也能夠發現,物種間能夠產下後代(不論是否具有生育能力)最起碼也要是同科同屬不同種的動物,一旦屬都不同了,比如貓和老虎(一個貓屬,一個豹屬),它們是永遠了無法繁殖後代的。
因此,之所以有不同的物種分類,就是因為不同的物種間具有生殖隔離,而有了生殖隔離,不同的物種在自然條件下即使在一起也不會有繁殖行為。所以,繁殖嚴格意義上說是同一種動物才能夠進行的事情。
那麼,生殖隔離又是如何形成的呢?
簡單的說,生殖隔離是自然形成的,對於物種本身來說,它們有判斷同類和異類的方法,比如科學家曾經將同一種果蠅分開來培育,兩群果蠅分別用不同的固定食物飼養,經過多代繁殖後,這兩種原本來自同一種群的果蠅竟然不會彼此交配了。這就是在不同環境下,原本的同一種動物形成了不同的習性和特徵,最終造成了它們第一層生殖隔離的形成。
除了果蠅的實驗外,在非洲大草原上,野生的兩種斑馬山斑馬和平原斑馬是斑馬屬下的兩個不同的種,它們在分布上有很大的重合,但是,根據科學家的觀察和研究發現,在交配季,兩種斑馬會主動的避讓對方,兩種斑馬的族群也會有明顯的界限,並且兩種斑馬不會發生交配的行為。這就是進化的力量,同時也是自然選擇的結果。
我們再倒回到物種的分化。現存世界上的任何一個物種都不會一下就形成的,從科學的角度看,哺乳動物都有共同的祖先,那麼是什麼讓一種動物成為了無數種動物呢?沒錯,就是演化。同一種動物在不同的環境下,習性和特徵都為了適應不同的環境而緩慢地改變著,隨著時間的推移,這些改變在慢慢的累積,等到累積到一個值時,物種的分化就完全形成了。那麼,這個值究竟是什麼呢?根據科學家的研究發現,在不同環境下的同一物種,體內的基因會發生改變,分化的時間越長,其後期形成的基因也就越明顯。從物種的劃分上看,界門綱目科屬種,以種為基礎,分類越接近的物種,分化時間越短,其體內基因位點形成不同等位基因的可能性越高,而兩個不同的物種想要交配後產下後代(像獅虎、驢馬)必須要有兩組以上的基因位點被置換成不同的等位基因。
因此,生殖隔離的形成是自然選擇的結果,而這種自然選擇導致了動物為了生存發生了體內基因的變化,最終導致了物種的獨立性越來越強,最後形成了獨立的物種。
總結
正是因為同一物種才能正常繁殖才保證了生物的多樣性和獨立性,而物種的形成是一個漫長的過程,它們是自然選擇和物種適應的產物,從形成物種的那一刻起,物種間的決定繁殖的基因就完全不同了,因此,只有同一物種才能夠正常的基因結合,產生後代。