人类和猩猩存在生殖隔离,科学界是如何发现的?

只有人类?

动物园里的猩猩,当人们看着它的时候总会情不自禁地朝着它去模仿,或者做一些滑稽的动作。

猩猩没准儿看了会觉得很开心,因为在它看来,人才是那个“猴子”。

达尔文进化论影响了现代生物进化研究,但同时越来越多的科学研究已经证明,人类的祖先确实属于猩猩这一范畴,准确地来讲是灵长类动物中的类人猿,后来进化至人科,成为独有的物种。

人类与猩猩如此相似并不无道理尤其是黑猩猩家族

根据美国在2005年的研究报告中指出,人类的基因组与黑猩猩在DNA水平方面非常相似

科学家发现两者的基因编码有着非常,相似的蛋白质在两个基因组之间的直接比较中,DNA序列的相似程度达到了98.2%

基因吻合度极高

另外,科学家发现我们身体中的一小部分DNA只有1.6%仅与倭猩猩共享,而不与黑猩猩共享。

相关差异表明,产生人类、黑猩猩和倭黑猩猩的猿类祖先种群数量庞大,并且有着基因多样性

人类祖先在400多万年前与倭黑猩猩和黑猩猩的祖先分离,但后两者保留这种多样性,知道它们的种群在100万年前完全分裂成两个群体。

但问题在于,为什么人类与黑猩猩的基因如此相似,但在行为模式和进化中的表现却又如此不同?

两者的差异主要集中在X染色体中包含的1100个不同的基因,每个基因都会影响身体的特定特征。

人类与猩猩有太多相似的地方

例如EM8,它会影响凝血效果,与白血病有关,CPX与面部发育、腭裂有关,OPN1LW与红色视觉有关等等。

不同的1.2%带来的便是3500万个差异,尽管有很大一部分对个体造成的影响并不大,但是差异化带来的却是质的改变。

那么人类是何时何地从猿类中分离出来成为两足动物中的一个独立分支呢?

人科的进化关系。

早在3个多世纪之前荷兰解剖学家尼古拉斯·图尔普和18世纪博物学家卡尔·林奈都研究过这个问题,最知名的则是达尔文,他也是两人的继任者。

现代解剖学的发现表明大猩猩和黑猩猩是最接近的人类,没有任何物种会如此接近人类。

生殖隔离的揭示

20世纪60年代中期哈佛大学的大卫·皮尔比姆认为拉玛古猿或许是人类谱系中最早的成员。

当然也有人认为,人类进化历史的3000万年里,进化过程如此漫长,要想确定祖先并不是如此简单的事情。

除了拉玛古猿,另外非洲猿也是潜在的对象。

人类其实就是猩猩

从以上的情况来看人类与灵长类动物极大的相似性似乎并没有为其他灵长类动物带来变化。

或者说,同样作为灵长类的人类在进化过程中为何没有与其他灵长类动物出现杂交,以及发展出其他不同群体。

灵长类动物与人类有生殖隔离在今天并不是一个秘密,现代科学告诉生殖隔离主要由染色体决定,染色体的配对和基因结合是形成物种的关键

染色体表达

多倍体,即染色体补体的倍增可能会在一代内产生一个新物种,从其祖先物种升值分离。

例如二倍体祖先杂交的四倍体植物会产生不育的杂交种后代,这种情况在被子植物中更为常见。

染色体重排概念中,罗伯逊融合、裂变、易位和倒位可能会在物种中起作用。

不少相关模型表示,染色体重排加速了种群之间的基因多样化,因此促进了物种形成

一套完整的遗传信息由46条染色体组成

科学家在两类模型的考虑中,将其成为物种形成的“混合功能障碍”和“抑制重组”的模型。

杂交功能障碍模型表明,重排染色体之间的重组会产生配子,其中一些染色体片段会被删除。

而另一些会被复制,由此进一步产生部分生殖障碍

这是因为异核型杂交体会表现出低水平的生殖适应性,这被称为“优势不足”。

染色体重排的过程

染色体重排可能首先通过随机漂移在一个小的局部群体中建立,无论祖先物种分布的区域是否在外围还是内部。

如果其个体在该区域中表现出高适应性,并促进合子前分离机制的进化,这将会抑制杂交种的形成。

该模型进一步指出,如果杂交种的适应度降低,则染色体突变将被选中,然后从种群中消除

可能的合子前分离机制概述

尽管有小概率情况下会发生随机漂移,但因为它不太可能在其祖先群体中建立降低杂合子适应性的染色体重排。

尤其在杂交劣势只是非常轻微的状态下,生殖隔离的自然选择也会变得很弱。

人类黑猩猩染色体图谱

科学家在对人类物种形成的基因研究中证实,人类和黑猩猩之间发生了大量的染色体重排

尤其是九条染色体在人类核黑猩猩之间表现出中心到位的现象。

九条染色体中包括1、4、5、9、12、15、16、17,其中人类第二号染色体代表黑猩猩中存在的两条近端着丝粒染色体的融合。

其他染色体则有12、13号,如果这些染色体重排发生在黑猩猩和人类祖先种群分化的早期,那么它们在分化种群中偏向等位基因将被困在染色体屏障上。

人类和黑猩猩 7 号染色体信息图

因此这会导致两个群体在适应自身不同普遍环境时发生基因分化,不相容的积累会逐渐导致生殖隔离和物种形成。

人类与猩猩

DNA测序,科学家如今可以通过更为先进的技术进行遗传学考证,从而可以在去全基因组范围内识别与生殖隔离的基因座,并在不同谱系间进行比较。

相关研究表明性染色体或许是大多数动物分类群中生殖隔离重要驱动因素,这里面同样也包括人类。

现代科学表明,古人类中存在杂交现象尼安德特人Y染色体序列并没有在现代人类基因组中被发现,其中有许多基因来自远古人类祖先减少的区域,即沙漠地区。

不少发现表明,X和Y染色体区域可能在杂交期间参与了生殖隔离,因此不合适的杂交种进行选择会限制性染色体的基因渗入,从而迅速清除了古代祖先。

科学家为了解决这类问题,他们在识别与自然杂交区中的2个现代灵长类动物种群之间的生殖隔离特征一致的基因组区域来解决这个问题。

人类进化中的杂交

科学家鉴定了广泛又连续的X染色体序列,其区域与人类和吼猴X染色体表现出高度的保守性,与哺乳动物的X染色体的保守性一致。

常染色体相比,X染色体的基因渗透减少了,这是因为合子后生殖隔离而导致的基因组特征。

科学家的实验结果表明,选择可能以不同方式塑造X染色体和常染色体的基因渗入。

灵长类动物杂交区映射出的人类X染色体

最终结果显示,基因渗入水平显著降低了X染色体区域与人类基因组中远古时期的减少区域重叠,这表明灵长类动物生殖隔离有共享基因组结构。

换句话说,人类与黑猩猩的生殖隔离已经体现在了基因本身,这就好比错误的钥匙无法打开正确的门。

人类这一物种在进化的过程中经历了相当迅速的变化,我们没有机会也没有时间在基因发展变化中与灵长类动物基因发生融合,

这在一开始就决定了人类在进化的道路上注定要走属于自己的道路,我们没有办法去解决生殖隔离上的问题。

研究人类起源和寻找人类祖先,对于人类来讲能够提供对进化史更多更深刻的见解,例如人猿物种多样性,从基因方面研究人口爆炸等等。

这是大自然赋予人类的机会,最终让我们站在这颗星球上,俯瞰一切。