对于乔纳森 · 洛索斯而言,加勒比群岛及其爬行动物居民是研究物种进化的实验试管。
1996年10月17日的清晨对于乔纳森 · 洛索斯(Jonathan Losos)而言不过是寻常一天的开始。这位进化生物学家戴上宽大的帽子,涂好防晒霜,然后乘船前往巴哈马大埃克苏马岛附近的几个尚未命名的小岛。三年前,他和生态学家大卫 · 斯皮勒(David Spiller)在那里引入了当地的蜥蜴品种,以了解它们如何在曾经没有蜥蜴的地方竞争。这对研究者整天设陷阱捕捉蜥蜴,记录它们的准确位置并对附近的昆虫、蜘蛛和植被进行评估。他们担心天气预报提及的即将到来的飓风,但当地人则似乎颇有自信,认为会像往常一样,这场飓风会偏离轨道,最后放这些群岛一马。
然而这次并没有像往常一样。第二天,由于飓风丽丽登陆大埃克苏马岛,洛索斯和斯皮勒不得不帮着酒店老板用木板将他们所住的海滨小屋的窗户一一封上。随后大风刮起,第一阵雨倾盆而下,他们匆忙躲进山上一个空心砖建筑。当晚,大风刮掉了部分屋顶,并折断了棕榈树,4米深的风暴潮淹没了街道。两天后,他们发现自己租来的摩托艇卡在了树上。蜥蜴的状况更是糟糕。当洛索斯和斯皮勒好不容易回到他们最常去的试验点时,却发现岛上被飓风刮得几乎寸草不留,所有的蜥蜴也不知所踪。洛索斯研究课题中所遇到的挫折成为他研究动物如何适应加勒比海及其周边岛屿复杂多变环境的开始。
飓风丽丽过后,又有6次飓风侵袭了这些小岛,并刮跑了岛上由洛索斯引进的动物。尽管当时洛索斯和他的团队常驻华盛顿大学圣路易斯分校,他们仍然坚持在加勒比地区收集有关动物如何适应掠食者、飓风造成的环境破坏以及其他自然或人为的生存挑战的相关数据。作为爬行动物终身爱好者,洛索斯的部分研究动力来源于他对一类名叫“安乐蜥”的蜥蜴的热爱,这类蜥蜴常见于美国中南部和整个加勒比地区。他也将安乐蜥视为一个契机。将近200种安乐蜥生活在岛上,而它们的生活方式、栖息地和发展史被证明是探索进化学重大问题的载体。“乔纳森的那些岛屿就像是巨大的实验试管,而他则是那个终极玩家。”耶鲁大学进化生物学家玛莎 · 穆尼奥斯(Martha Muñoz)如是说。
洛索斯对安乐蜥的研究表明,进化的发生速度比大多数科学家所设想的要快,并且与某些业内先驱提出的主张相反的是,这些进化常常是可以预测的。面对相似的生存挑战,不同的种群常常会进化出相似的解决方案。在他的研究生涯中,洛索斯指导过数十名年轻科学家,而他们中的一部分现在正把洛索斯的研究拓展到新的方向。“除了对这个领域做出的众多贡献,乔纳森还通过保持自我本色改变了科学的发展过程,”洛索斯的学生穆尼奥斯说,“他就是活生生的证明,证明了伴随善良和谦逊而来的成功更为丰富也更有价值。”
说来也神奇,让洛索斯开启这段蜥蜴研究生涯的是20世纪50年代的电视剧《反斗小宝贝》。当电视剧里演到7岁的小毕将宠物鳄鱼带回家时,年幼的洛索斯问父母,自己是否也可以买一只宠物鳄鱼。洛索斯的母亲对此表示反对,但他的父亲说可以问问他们的世交、圣路易斯公园副园长的意见。老洛索斯,这位成功的商人也很热爱动物,热衷于带全家去大自然中度假。他加入了动物园理事会,甚至还资助动物园从泰国收购了一头小象,并为了致敬妻子而以“卡罗琳”为小象命名。
出乎大家的意料,副园长表示出发自内心的赞同,并称自己正是因为在童年时拥有一只鳄鱼作为宠物才开启了爬虫学的职业生涯之旅。于是小洛索斯收到了几只凯门鳄幼崽,这些凯门鳄在冬天会住在地下室的婴儿池里,而在其他季节则住在院子里的马槽中。这些小家伙曾逃出去了几次,并对邻居造成了惊吓。那时候,洛索斯每逢夏天都会到动物园工作,直到上大学后他才没有再去,并最终将他的凯门鳄捐给了动物管理员。“乔纳森从小就是个热爱大自然的小朋友,会无休止地缠着当地动物园的工作人员,会在全家度假的时候去捉蜥蜴,他内心的花火一直都在悄悄燃烧着。”康奈尔大学荣誉爬虫学家、洛索斯的研究生院辅导员哈里 · 格林(Harry Greene)这样介绍道。
作为哈佛大学的本科生,洛索斯被收入动物学家欧内斯特 · 威廉姆斯(Ernest Williams)麾下。被称为“安乐蜥生物学之父”的威廉姆斯已经发现,加勒比区不同岛屿上的安乐蜥发生的进化是相互独立的。然而,在每个岛上他都发现存在一套相似的体型或者说“生态形态”——其中一种是专门为了适应在灌木丛中生活的,另一种则是为了抓握小树枝,还有另外一些则是为了适应在树木高处生活的。这些相似之处表明无论是哪里,只要环境相似,进化就会集中在同一套特征上,并且产生具有相似系列特征的种群。
威廉姆斯的实验室已经培养出许多进化生物学领域内的学术带头人,洛索斯发现安乐蜥的研究领域也已经有太多人参与了。可是,没有其他物种既能引起他的兴趣又是易于研究的了。“我经历过十几个博士课题,最后都夭折了。”他回忆道。在研究的低谷期,他甚至认真地考虑过转到法学院去,但是他的父亲告诉他,这个世界更需要的不是律师而是爬虫学家,并说服儿子不要换专业。
洛索斯最终还是意识到安乐蜥才是运用进化生物学研究新工具的绝佳对象。研究者们当时刚刚开始以物种间的蛋白差异为基础来建立族谱并追溯进化源头。在他的博士课题中,洛索斯对加勒比岛安乐蜥的蛋白质进行了比较,并由此确认了威廉姆斯所提出的生态形态确实是在不同岛屿上独立进化形成了相似的群落。美国自然博物馆的爬虫学家弗兰克 · 伯布林克(Frank Burbrink)评价说,这一洞见作为“趋同进化”这一概念的支撑依据,“是一个非常重要的研究突破”。
这种曾一度被认为已经灭绝,被称为“匹诺曹蜥蜴”的南美蜥蜴是乔纳森·洛索斯的最爱之一
与此同时,其他研究者也在呼吁开展更加严谨的进化学研究,要求提供适应性特征的确为生物体带来了生存优势的证据。于是洛索斯开始通过研究不同尺寸的附肢与趾垫(见后页图示)来研究安乐蜥的不同生态形态。在实验室里,他通过让蜥蜴爬过微型管道来评估蜥蜴在光滑垂直表面的附着强度。他发现住在近地面、近天敌的蜥蜴具有更长的附肢,能让它们跑得更快,而那些住在灌木丛和树木高处的蜥蜴具有更大的趾垫,从而能牢牢附着在树叶和光滑的树皮上。通过把这些数据与他的进化树研究结合,洛索斯得出了更加清晰的蜥蜴进化史脉络。“他(洛索斯)真的是推动整个领域发展的先驱之一,让进化学研究进入整合生态学和形态学这一阶段,并由此获得全局视野。”伯布林克评论道。
有些研究人员将孔雀鱼放到特立尼达的不同溪流中并对其进化改变进行监测。受到这一实验的启发,洛索斯开始好奇是否可以在加勒比岛安乐蜥身上开展相似的研究。他发现威廉姆斯的得意门生之一托马斯 · 肖纳(Thomas Schoener)已经为此类实验打下了基础。20世纪80年代,托马斯和艾米 · 肖纳(Amy Schoener,托马斯的前妻)通过在巴哈马的一个小型无蜥蜴岛屿上引入当地的蜥蜴来调查不同的植被如何影响爬行动物生存繁衍的能力。
十年后,洛索斯与当时已是著名生态学家并任职于加州大学的托马斯 · 肖纳组队,再次来到这些试验点开展实验。与威廉姆斯和洛索斯早期的发现结果一致,居住在灌木植被的蜥蜴与它们曾住在茂密树林高处的祖先相比附肢更长、趾垫更大。这些适应性进化让它们能够在捉昆虫来吃的追逐过程中牢牢抓住细小的树枝,而这些进化只用了几代时间。“当自然选择极其强大时,进化可以发生得非常迅速。”洛索斯介绍道。
这一想法现在已经被广泛接受,但在那个年代却与“进化是一个缓慢过程”这一根深蒂固的观念相违背。洛索斯说,“这是达尔文少数错误之一”。此后,他决定以研究安乐蜥作为他毕生的追求。很快,他就不得不把飓风的存在考虑在内。如今已经从加州大学戴维斯分校退休的洛索斯和斯皮勒在当时选定的大埃克苏马岛附近的小岛开展研究。在有的小岛上,他们引入绿安乐蜥和棕安乐蜥两种蜥蜴,而在其他岛上则只引入一种安乐蜥。最初三年,他们发现在有两种蜥蜴的岛上,棕安乐蜥会将绿安乐蜥赶到它们勉强求生的灌木丛高处。恰逢此时飓风丽丽袭来,在他们观察绿安乐蜥是否会灭绝之前就毁掉了他们的实验。
乔纳森·洛索斯(右前)与哈佛大学动物学科学生在哥斯达黎加的合影
“我相信,在那时最容易的选择是卷铺盖走人。”洛索斯曾经的学生之一、爱荷华大学进化生物学家卢克 · 哈蒙(Luke Harmon)评论道。与此相反的是,洛索斯和斯皮勒将这次灾难产生的有利面作为己用。他们对飓风丽丽巨大又参差不齐的影响进行记录。大埃克苏马区的西南方岛屿受到风暴潮的冲击,那里的蜥蜴和植被都消失殆尽,而在北边的岛屿上,风雨刮断了树枝,扯尽了树叶,但还是有少许蜥蜴存活了下来。他们在关于飓风的系列论文中的第一篇就报告了这些现象。当时的普遍共识是“诸如飓风一类的极端事件因其自身的罕见性以及其对动植物影响的随机性和不可预测性,并不会驱动进化的发生”,而他们的研究结果挑战了这一普遍共识。洛索斯研究小组发现,与之相对的是,飓风可能是自然选择的媒介。
比如在2017年,洛索斯的博士后科林 · 多尼休(Colin Donihue)、功能形态学家安东尼 · 赫雷尔(Anthony Herrel)以及他们的同事就曾前往特克斯和凯科斯群岛的两个小礁岛去测量那儿的安乐蜥的身体比例。在他们离开的四天后,接连两个飓风以超过每小时200千米的风速袭击了他们调查的区域。当研究小组几周后再次回到那里并测量幸存的蜥蜴,他们发现幸存下来的蜥蜴往往有更大的趾垫、更长的前肢以及更短的后肢。
回到实验室后,研究人员测量了这些特征,并以此来判定它们是如何影响蜥蜴在栖息物上的附着能力的。在强风中,安乐蜥通过前肢紧抓栖息物来固定身体,但后肢则会被吹起无法进行抓握。随着调大吹风机的制风强度,那些后腿更长并因此在风中具有更大的受作用表面积的蜥蜴更容易从栖息物上被吹落到保护垫上。研究小组在2018年的论文中写道,飓风显然能够对这类特征进行筛选。在随后的一年里,他们发现这些幸存蜥蜴的后代也同样具有较大的趾垫,这意味着这些适应性变化具有遗传性,而不单单是对抓牢抓稳需求的一种反应。由此,研究小组对加勒比地区188种蜥蜴的趾垫大小进行了测量,并在4月27日发表在《美国国家科学院院刊》的论文中写道,经历飓风越多的岛上栖息的蜥蜴具有的趾垫越大。飓风对蜥蜴似乎产生了长期性的进化效应。
2005年哈佛大学向洛索斯伸出橄榄枝招募他到进化生物学系时,洛索斯已经在华盛顿大学担任了13年教授了。作为圣路易斯本地人和圣路易斯红衣主教棒球队的铁杆球迷,洛索斯对此颇为犹豫。在结束了一年的学术休假并前往哈佛大学后,他才最终决定接受这一邀请,而接受的大部分原因还在于这一职位包括了哈佛大学比较动物博物馆策展人职务。“那是圣路易斯唯一没有的东西。”他回忆道。
在那里,洛索斯“善良热情的导师”名号被继续传播开来并广为人知。“我曾亲眼看见他像关注与尊重最亲近的同事那样为高中学生进行授课。”目前任职于德克萨斯大学、洛索斯曾经的博士后梅丽莎 · 坎普(Melissa Kemp)回忆道。“他似乎总是专注于他的研究,但同时又有着异想天开的乐趣感。”美国三一大学进化生物学家、洛索斯曾经的学生麦克 · 乔纳森(Michele Johnson)说。洛索斯常戴着一支用他自己拍的安乐蜥照片做表面的手表,也不介意在为本科生授课时打扮得像鸭嘴兽一样——这是他自童年起最爱的动物之一。
这些性格特质,加上“在与学生互动和指导学生方面没有一劳永逸的通用方法”这一坚定信念的帮助下,洛索斯在缺少研究人员多元化的研究领域中(美国有3%的生物学家是非裔美国人或黑人,但在进化生物学领域这一数字只有0.3%)为59名研究生与博士后开启了研究生涯,其中包括至少8名黑人学者、拉丁裔学者和美洲原住民学者。
现任加州大学伯克利分校的博士后研究员安比卡 · 卡玛斯(Ambika Kamath)在接受采访时提到,当她的研究挑战了“雄性蜥蜴占据领地从而决定配偶交配”这一被长期认同的观点时,洛索斯给予了她全方位的支持。她提出的理论与这一观点相反,即雌性蜥蜴到处移动并在配偶选择上扮演了重要角色。“如果没有他对我研究的热情支持,对我来说这些工作就会变得困难得多。”洛索斯与她一起努力让论文变得尽善尽美,并非常乐意成为共同作者。她回忆道:“否则,这就仅仅是一个年轻的棕色皮肤女人的研究成果,而这个女人很容易被斥为‘愤怒的女权主义者’。”
卡玛斯和其他学生纷纷赞扬洛索斯在不削弱他们信心的同时,在思想上不断鞭策他们。哈蒙开玩笑说,洛索斯永远不会对他学生的想法嗤之以鼻,不管这些想法有多么古怪。相反,他只会停下来,然后说“有意思”。“最终我意识到,如果乔纳森认为这些想法有意思,那么也许我也应该对它们多加思考。”
洛索斯和他的研究团队不断检验他们关于加勒比海岛上生态与进化的相关想法。在最近的一项研究课题中,现于普林斯顿大学任职的罗伯特 · 普林格(Robert Pringle)检验了生态学的一个关键定律,即引入顶级掠食者往往会增加生物多样性。研究人员在有棕安乐蜥和绿安乐蜥的岛上引入了卷尾鬣蜥——一种食肉的地栖蜥蜴。为了避开这一新的生存威胁,棕安乐蜥开始在枝叶的更高处逗留,并取代了曾经常住在那里的绿安乐蜥,并让它们几近灭绝。与传统观点相反,引入捕食者似乎会减少岛上的生物多样性,他们于6月5日在《自然》杂志上对这一检验结果进行了报道。
最近,在另一项由洛索斯曾经的博士后主持的研究工作中,他们测试了多米尼克岛上一种入侵型安乐蜥的影响。20年前,多米尼克岛一直是单一一种安乐蜥的家园。然而,一次木材运输将第二种安乐蜥引入该岛并逐渐散布开来。为了研究本地和外来物种的相互作用,现于蒙彼利埃大学任职的行为生态学家克莱尔 · 杜福尔(Claire Dufour)用机器蜥蜴代表入侵蜥蜴。机器蜥蜴能够撑起身体,并展开下巴之下的一扇假皮肤来模仿真正蜥蜴的攻击性姿态。作为回应,熟悉入侵蜥蜴的本地蜥蜴会展示出更加咄咄逼人的姿态,这意味着入侵蜥蜴迫使本地蜥蜴花费更多的力气捍卫自己的领地。上述研究结果刊登在了3月27日的《动物生态学杂志》上。“我们最主要的结论就是物种之间的确会相互竞争,并会对彼此产生负面影响。”洛索斯总结道。
尽管研究团队还在继续大量产出研究论文,但洛索斯本人仍在评估他迄今为止所学到的东西。在2017年出版的《不可思议的生命:进化的命运、时机和未来》一书中,他就挑战了该领域伟大的思想家之一、哈佛大学古生物学家斯蒂芬 · 古尔德(Stephen Jay Gould)的一个主要主张,即机遇在决定大自然前进过程中起到非常重要的作用,以至于同样的进化不会发生第二次。安乐蜥则提供了反面的证据。洛索斯在书中写道,在相似的栖息环境中,它们会反复进化出相似体型、大小尺寸和行为。这本书面向的对象虽然是普罗大众,却也给同行学者留下了深刻印象。“我研究进化学已经三十年有余了,而这本书让我重新审视那些我曾以为已经烂熟于心的生物学和进化学知识。”美国路易斯安那州立大学自然科学博物馆的进化生物学家和动物学馆长克里斯托弗 · 奥斯汀(Christopher Austin)如是评论道。
洛索斯于2018年离开哈佛大学。目前,他正主持开展“活力地球”合作计划,这是一个将密苏里植物园、圣路易斯动物园和沃什大学的专家联合起来的生物多样性研究计划;与此同时,他还在撰写一本关于家猫(他最喜欢的另一物种)进化的书。此外,洛索斯仍然在与飓风玩躲藏游戏。洛索斯和他的同事们正尝试对他们在巴哈马部分岛屿上引入的掠食性蜥蜴产生的长期进化影响进行评估。“我不知道我们有没有实现这一目标的那一天,”洛索斯说,“每隔几年就会有飓风席卷而来,然后把不断进化的蜥蜴吹飞。”
资料来源 Science