对于“毛发稀疏”的人类来说,衣服可以称得上是非常重要的存在了!它们不但可以帮人们保暖御寒,还能把自己打扮的“美美哒”。每当季节更替,我们都会换上应季的新装。
其实,对于一些小动物来说,“应季换装”也是例行之事。有的“换装达人”甚至会让你觉得它们在冬、夏两季完全不是同一只……
毛球们的冬装(上)和夏装(下)。岩雷鸟(A,Lagopus muta);雪兔(B,Lepus timidus);白鼬(C,Mustela erminea);北极狐(D,Vulpes lagopus)。图片:M. Zimova et al. / Biol. Rev.(2018)
毛球为啥要换装
大部分鸟类和哺乳类动物,为减少身体热量的丧失,进化出了“羽衣”或“毛衣”。但是,许多地区环境温度的季节差异较大,一身“衣服”是无法满足不同季节要求的,因此很多“毛球”都掌握了“换装”技能。
有些“变装高手”不但能改变皮毛薄厚,甚至连颜色都跟随季更替!这对于生活在高纬度地区的动物有着非常重要的意义——让它们在多变的环境中更好地伪装自己。毕竟,穿着棕黄色的夏装走在白茫茫的雪地中,对于捕食者或被捕食者来说,都太过“暴露”了。
白色的皮毛是雪兔在雪地里最好的伪装,可不是为了“美美哒”。 图片:Russel Wills / geograph.org.uk
新衣服,慢慢穿
人类换衣服通常几分钟就可以搞定,但对动物来说,这个过程却要经历几个月。它们换装,可不像人类那样根据实时温度随时调整,而是更多取决于日照长度(响应光照周期)。每当秋天到来的时候,随着每天日照长度的缩短,换装动物的毛色便逐渐开始由深变浅。这样才不会因为某个倒春寒而打乱正常的换装过程。
雪兔(A),柳雷鸟(B,Lagopus lagopus)和白鼬(C)秋冬毛色变化过程。图片:M. Zimova et al. / Biol. Rev.(2018)
“换装”不是“两极分化”
这些变装动物的换装行为通常和当地环境的变化保持同步,它们的冬装往往会随着降雪的多少,在地理上呈现由浅色过渡到深色的梯度变化。这个原理其实很好理解,根据隐蔽需要,降雪较多的地区毛色较浅,降雪少的地区毛色较深。
降雪不同地区(多→少)伶鼬(Mustela nivalis)的冬装。图片:M. Zimova et al. / Biol. Rev.(2018)
那么,按照这一理论,同一种变装动物在同一地区的着装画风总应该是一致的吧?
野兔,不走寻常路
然而,总有那么一些喜欢“打破常规”的选手,推翻人们好不容易发现的规律。比如,有一种叫北美野兔(Lepus americanus)的兔子,本来夏天的时候毛是棕黄色的,到了冬天便会换上雪白的冬装。然而,研究人员近年来发现,在某些地方,这种兔子群体中的一小撮儿“异类”,即便到了冬天,依然穿着棕黄色的夏装!
为什么这种兔子在同一个地区能具备迥然不同的“着装风格”呢?
北美野兔:“兄弟,你没看错,咱俩是一家人!”。图片:Matthew R. et al. / Science(2018)
因何“另类”
美国蒙大拿州立大学(Montana State University)的Matthew等研究人员对这一现象进行了仔细的研究。他们发现,这种野兔体内有一种叫做“Agouti”的基因在“作怪”,该基因可以通过表达一种信号肽(Agouti signalling peptide)来调控兔子的毛色。
到了秋天,一部分野兔个体的Agouti基因表达出信号肽,抑制黑色素的生成从而导致毛色变白;而另一部分个体的Agouti基因却一直“沉睡着”不表达,这些野兔的毛色便终年不变了。
北美野兔的“变装”机制。图片:Matthew R. et al. / Science(2018)
进一步的研究发现,冬季不换装的兔子的Agouti基因与换装兔子相比确实发生了变化,但并不是由基因突变导致的,而是发生了基因渗入(Introgression)现象。
这种基因渗入是指由于种间杂交,使本来属于某个物种的基因出现在另一个物种的基因库中,从而改变了后者的性状。比如斑马和驴杂交后代的“半身斑纹”性状,就是一种很形象的基因渗入结果。
有斑马条纹特征的“斑马驴”。图片:sannse / Wikimedia Commons
因“祸”得福
那么,是谁的基因渗入到了北美野兔群体中呢?
原来,在北美野兔生活的区域,还有另一种兔子——黑尾长耳大野兔(Lepus californicus),这种兔子不会在冬季变装。正是它的Agouti基因型“混入”了北美野兔的群体并让其失去了变装特性。
你也许会问,这样一来,深色兔子在雪地里不就容易被捕食者发现了吗?
其实,当冬天缺乏降雪的时候,穿白色冬装的北美野兔反而变得显眼,而穿棕色冬装的个体就会更加有优势。于是,在年际降雪不稳定的地区,两种冬装的共存更有利于种群的生存。因此,这一基因型在北美野兔的基因库中被保留下来。
具有“强势”基因的黑尾长耳大野兔:“这事儿是我干的!”。 图片:Jim Harper / Wikimedia Commons
在全球变暖的状况下,北美野兔这种冬季“混搭”出场或许正好能够帮助它们迅速适应新的环境。
冬季“混搭”出场的北美野兔。图片:Matthew R. et al. / Science(2018)
说到底,你换衣服是为了美美哒,而动物们想的可是如何活下去……
本文授权转自我是科学家iScientist。
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