共同分开:是什么驱动了新物种的发展?

新研究,最近出版BMC进化生物学,发现两种种类的松木链被将进化论分开 - 尽管能够交配和产生后代 - 它们以非常具体的方式产卵在松树宿主上。作者讨论了他们的工作及其对我们对新物种如何发展的知识的影响。

植物喂养的昆虫以两种方式从地球上的所有其他生物中脱颖而出。首先,它们异常多样:每四个物种中有一个是草食昆虫。其次,大多数昆虫物种专门研究特定类型的植物,将其栖息地中的所有其他植物排除在外。

在草食性昆虫中明显多样性和专业化的一种解释是,适应新宿主植物经常驱动新物种的形成。为了检验这一假设,我们必须建立有助于宿主适应性的性状和防止物种之间成功繁殖的性状之间的直接联系。

为了研究宿主适应和物种物种之间的联系,我们专注于一对密切相关的松树锯蝇物种(北美的松树的常见害虫),它们在它们攻击的松树中有所不同。尽管新叶斑(白松锯蝇)仅攻击白松树,Neodiprion lecontei(红发松锯蝇)攻击其他几种松树,但通常避免使用白松树。

杂交幼虫吃松针
杂交幼虫吃松针
R.K.巴格利

我们知道,这两个物种可以(偶尔也可以这样做)彼此成员。我们同时在同一收集地点找到了它们,甚至还收集了田间的混合幼虫​​。我们还在实验室中跨越了它们,并产生了可行的肥沃杂种后代。然而,尽管偶尔进行杂交,但这些物种在遗传,行为和形态学上仍然在野外保持差异。

一起,我们的观察告诉我们,有些事情正在阻止N. PinetumN. Lecontei从合并成一个物种。我们在实验室中这些物种之间的一些早期十字架暗示了一种可能的解释。我们注意到,当混合雌性将鸡蛋放在除白松树以外的松树上时,他们孵化得很好。但是,当混合雌性将鸡蛋放在白松树上时,针头干了,鸡蛋没有孵化。换句话说,关于杂种女性的卵子行为的某些东西是“关闭的”。

N. Lecontei女性使用她的锯状的卵形剂将鸡蛋口袋雕刻成松针。
N. Lecontei雌性使用她的锯状卵皮剂将鸡蛋口袋雕刻成松子
R.K.巴格利

产卵,新iPrion雌性使用锯状结构(Ovipositor)将单个含卵的口袋雕刻到宿主针中。在这样做的过程中,他们面临两个挑战:绕过保护松针的树脂(可以淹没鸡蛋)并避免针头干燥(也可以杀死鸡蛋)。值得注意的是,白松针的针比通常由宿主的宿主较薄,也不是种子的。N. Lecontei女性。因此,我们预测N. Pinetum女性应具有最大程度地减少干燥风险的特征(例如,切成较少或更小),而N. Lecontei女性应具有绕过宿主树脂的特征(例如,更深的切割有效地排出树脂)。

与我们的预测一致,我们发现N. Pinetum女性每针鸡蛋比N. Lecontei女性。N. Pinetum女性也从未切割过针头的饮用树脂的“预设”(非蛋白轴承切割),而N. Lecontei女性总是这样做。我们还发现N. Pinetum女性的“锯”比N. Lecontei女性,表明这些雌性会切成较浅的针头。这些特征在一起与我们的预测相匹配N. Pinetum特征应最大程度地降低干燥风险,而N. Lecontei预计特征会减少树脂流向鸡蛋的流量(但会增加干燥风险)。

一个产卵剂,一种从乳杆菌雌性的雌性雌性的形态结构,可切开卵子的口袋。
一个卵脂蛋白,从一个从一个剪切鸡蛋口袋的形态结构N. Lecontei女性。
Bendall等。2017

但是,这些特征在杂种中是什么样的?我们发现杂交女性对白松有强烈的偏爱(例如N. Pinetum女性),但有更大的锯,每针产卵更多,预售比N. Pinetum女性。这种不幸的特征组合导致针头干燥和孵化失败,从而大大降低了杂种女性成功再现的能力。杂交女性的卵子表现不佳,可能部分解释了如何解释N. LeconteiN. Pinetum尽管野外偶尔杂交,但仍保持独特的物种。

N. lecontei(左上角)女性在每针中产生许多紧密间隔的鸡蛋。N. pinetum(右上角)女性产生几个广泛的卵。杂种(中间)女性具有中间卵的植物模式。底部图显示了白松上的单个发育中的。针上的其余鸡蛋已经干燥并死亡
N. Lecontei(左上角)女性每针分布许多紧密间隔的鸡蛋。N. Pinetum(右上方)女性几乎没有间隔的鸡蛋。杂种(中间)女性具有中间卵的植物模式。底部图显示了一个开发N. Lecontei鸡蛋在白松树上。针上的其余鸡蛋已经干燥并死亡
R.K.巴格利

我们的工作证明了父母宿主使用特征的不良适应性组合如何导致杂种个体的适应性降低,这反过来又限制了亲本物种之间的基因流动。这提供了直接证据,表明宿主适应有助于新物种的形成。此外,我们的工作表明,在不同宿主上产卵的改编可能是物种物种驱动因素特别重要的(但目前不足的)驱动因素。

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