动物的饮食是其生物学的基本方面,但令人惊讶的是,直到现在,饮食的进化在整个动物王国中还没有被研究过。亚利桑那大学的科学家们通过深入研究超过一百万种动物的进化历史并追溯到8亿年前,即地球上最早的动物出现时,报告了几个意外的发现。
这项发表在《进化快报》杂志上的研究揭示了几个令人惊讶的关键见解:许多现存的肉食性物种,即吃其他动物的物种,可以追溯到8亿年前的共同祖先。植物性或草食性饮食并不是新物种的进化驱动力,这一点曾被认为是。密切相关的动物往往共享相同的饮食类别——食草、食肉或两者兼有。这一发现意味着在进化过程中,饮食生活方式的转变并不是一件容易且经常发生的事情。
亚利桑那大学的Cristian Román-Palacios、Joshua Scholl和John Wiens从文献中搜集了超过一百万种动物的饮食习惯数据,从海绵到昆虫和蜘蛛再到家猫。如果一个物种以其他动物、真菌或原生生物(许多生活在细菌上的单细胞真核生物)为食,则被归类为肉食性。
如果一个物种依赖陆地植物、藻类或蓝藻作为食物,则被归类为草食性,如果它们食用肉食性和草食性饮食的混合物,则被归类为杂食性。
科学家们然后将动物物种及其饮食偏好的大量数据映射到一个基于DNA序列数据构建的进化树上,以解开它们之间的进化关系。这项研究是有史以来最大的一项研究,它检查了整个动物生命树上的饮食进化。通过使用最先进的方法分析大规模数据集,我们解决了进化生物学中三个高度争议和基本的问题。
所有物种都可以根据它们的进化关系进行分类,这一概念被称为系统发育。生物被分组为分类群,这些分类群定义了它们在几个层次上的相互关系。例如,猫和狗是不同的物种,但属于同一目(食肉目)。同样,马和骆驼属于不同的目(有蹄目)。然而,这两个目都属于同一纲(哺乳纲)。在最高层次上,动物被分类为门。
动物门的例子有节肢动物门(昆虫、甲壳类、蜘蛛、蝎子等)、软体动物门(蜗牛、蛤和鱿鱼属于这一门)和脊索动物门,包括所有有脊椎的动物,包括人类。
调查显示,在动物中,肉食性最为常见,包括63%的物种。另外32%是草食性的,而人类属于杂食性动物中的少数,仅占3%。研究人员惊讶地发现,今天许多肉食性物种的这种饮食可以追溯到动物进化树的基部,超过8亿年,早于古生物学家能够确定为动物起源的最古老的已知化石。
如果我们看到草食性,它似乎要晚得多,所以在我们的进化树上,它更频繁地出现在树的末端附近。那么,如果第一个动物是肉食性的,它以什么为食呢?作者认为答案可能在于原生生物,包括领鞭毛虫:被认为是动物最接近的现存亲属的微小单细胞生物。生活在海洋和淡水中的浮游生物领鞭毛虫让人联想到在羽毛球比赛中来回击打的羽毛球的小型版本。
一个漏斗形的“毛发”环围绕着一个鞭状的附属物,称为鞭毛,其有节奏的拍打吸入了稳定的水流,通过漏斗过滤出细菌和碎屑,然后被吸收和消化。今天的动物的共同祖先可能是一种非常类似于领鞭毛虫的生物。
另一方面,转向植物性饮食在动物进化过程中发生的频率要高得多。草食性传统上被视为新物种起源的强大催化剂——一个经常被引用的例子是昆虫,估计有150万种描述的物种,是节肢动物中最多样化的群体。在白垩纪时期,大约1.3亿年前,许多新的开花植物物种出现,前所未有的花朵多样性被广泛认为与利用新可用花卉资源的昆虫物种的增加同时发生。
这告诉我们,我们在昆虫中看到的情况不一定适用于动物王国的其他群体。草食性可能在某些分类群中新物种的出现中起着重要作用,但它显然不是新物种的普遍驱动力。研究还揭示了杂食性(吃一切)饮食在8亿年的动物进化过程中很少出现,这暗示了进化可能更喜欢专家而不是通才的解释。
如果你只做一件事,你可以做得更好。例如,在陆地脊椎动物中,吃叶子的饮食通常需要高度修改的牙齿和高度修改的肠道。肉食性也是如此。自然界似乎通常避免成为万事通而无一精通的困境,至少在饮食方面是如此。这种对专业化的需求可能解释了为什么像人类这样的杂食性动物很少见,根据作者的说法。这也可能解释了为什么饮食已经长时间保持不变。
吃叶子和偶尔吃水果之间有很大的区别。成为高效草食性或肉食性所需的专业化可能解释了为什么这两种饮食在数亿年中如此保守。