树懒:趋同进化

树懒和孔雀鱼似乎没有什么共同之处——一个是生活在慢车道上的树栖哺乳动物，而另一个是疯狂生活的小型热带鱼。然而，两者都可能是更好地理解基本进化过程的关键。

树懒懒洋洋地挂在树枝上，连续几个小时几乎不动，看起来不像是天生的幸存者。然而，在中美洲和南美洲的雨林树冠上爬行的树懒是一群动物的最后成员，这群动物在地球上游荡了至少3000万年，曾经拥有数百个物种。它们许多已经灭绝的近亲都是巨人——有些比大象还大——它们大部分时间都在地面上生活，直到1万年前最后一次冰河时代结束时才灭绝。然而，现代树懒被认为避免了它们大型近亲的灭绝，因为它们爬上了树。

但它们的生存更不寻常的是，这两种现代树懒——二趾树懒和三趾树懒——被认为是完全独立地适应了树上的生活。它们是生物学中所谓的趋同进化的一个例子——物种通过不同的进化途径发展出对栖息地的相似适应。

德国柏林莱布尼茨动物园和野生动物研究所的计算生物学家Marcela Uliano da Silva博士说:“当你看到它们挂在树上的时候，你会发现它们看起来非常相似。”她说:“(但是)它们前肢的脚趾数量不同，肌肉从身体到手臂骨骼的连接方式也不同。”

进化树

这些生理上的差异表明二趾树懒和三趾树懒找到了自己的方式来适应树上的生活方式。据认为，它们最后一次拥有共同的地面祖先是在大约3000万年前，这与人类从狒狒进化树上分离出来的时间大致相同。在大多数情况下，进化倾向于遵循一个经典的路线，即物种从一个共同的祖先开始多样化，以适应不同的栖息地和挑战。然而，现代树懒是进化走向相反方向的一个例子，它们分别适应了非常相似的树上生活。

三趾树懒是第一个采取树栖生活方式的动物，在数百万年后，二趾树懒的祖先才采取同样的生活方式。随着时间的推移，这两种树懒进化成六种——两种有两个脚趾，四种有三个脚趾。Uliano da Silva博士和她的同事Camila Mazzoni博士希望通过一个名为CONVGENOMS的项目来解开这两种树懒是如何共享相似特征的谜团。

基因组

在过去的一年里，他们一直在使用先进的DNA测序技术拼凑林奈二趾树懒的基因组，林奈二趾树懒有一个学名Choloepus didactylus．乌利亚诺·达席尔瓦博士说:“我们正在创建一个高质量的参考，然后我们可以与其他树懒和哺乳动物的基因组进行比较。”他们目前正在整理他们获得的大量基因数据，并将很快开始关注一些更有趣的基因，以找出它们的功能。

两人希望接下来开始对三趾树懒(学名)的基因组进行测序Bradypus，来源于希腊语中“慢脚”的意思。完成后，他们的工作将成为更广泛的脊椎动物基因组计划的一部分，该计划旨在为地球上所有6.6万种活着的脊椎动物编制参考基因组。

有了这两种树懒的基因组，科学家们将与其他研究人员合作，研究已灭绝的树懒物种的基因组，开始寻找帮助这些动物适应树上生活的基因。马佐尼博士说:“这将是真正理解趋同本身的最后一步，因为我们可以看到树懒彼此之间是如何不同的。”“因此，如果它们通过使用相同的代谢途径，甚至相同的基因和相同的蛋白质，以相似的方式聚合，那么我们就可以开始将其与它们所传达的功能联系起来。”

虽然树懒之间的进化趋同发生了数百万年，但研究人员希望观察这一过程，因为它发生在一种非常不同的动物——孔雀鱼身上。英国埃克塞特大学的进化遗传学家邦妮·弗雷泽博士正在研究特立尼达孔雀鱼的基因组，这是一种生活在加勒比海岛屿北部河流中的小鱼。沿着这些河流的瀑布形成了天然屏障，将捕食者和孔雀鱼聚集在池塘里。但是，当较大的捕食者，如梭子鱼，被困在瀑布下面的水池中时，敏捷的孔雀鱼——长到1-2厘米多一点——已经能够爬上瀑布，在上面更安全的水池中找到避难所。许多河流也被山脉隔开，这意味着一条河流中安全水池中的孔雀鱼正在适应没有捕食者的生活，而邻近河流中没有猎人的避风港中的孔雀鱼则是分开的。

特征

弗雷泽博士在一个名为GUPPYCon的项目中研究这种鱼，他说:“这意味着你有独立进化的特征，适合在瀑布上方的池塘里低捕食者。”“低捕食性孔雀鱼体型更大，颜色更鲜艳，它们成熟的年龄更晚，产下的后代数量更少，但体型更大。”它们也有不同的行为，因为它们更容易在低捕食者的水池中收集。那些生活在捕食者身边的动物更快，成熟得更快，这样它们就可以在被吃掉之前把基因传给下一代。”

科学家们已经能够通过将孔雀鱼从充满捕食者的水池中转移到食肉鱼够不到的安全水池中来研究这种趋同进化。弗雷泽博士说:“我们一次又一次地看到，这些鱼开始呈现出我们在低捕食性孔雀鱼身上看到的特征。”这一切发生得非常快。一项研究表明，这种变化大约会在4年内发生，也就是大约12代人。”

弗雷泽博士正在研究来自14个不同种群的基因，以了解这些特征是如何形成的。在她所研究的鱼类中，有四种是科学家在2008年、1981年、1978年和20世纪50年代故意从高捕食者池中移出的，并将它们放在没有捕食者的孤立池中，以观察它们如何适应。“它们是使用相同的基因来适应，还是采用不同的途径来适应?”她说。

通过扫描来自不同池塘的鱼的基因组，她希望找到驱使鱼适应不同环境的自然选择信号，比如在不同种群中反复出现的一个基因或一组基因。她还计划进行育种实验，试图了解这些基因会给鱼带来什么样的生理或行为特征。

“趋同进化通常是自然选择的最好例子之一，”弗雷泽博士说。“如果你看到相同的特征一再被选择，那么它一定是适应性的。但另一方面，它也告诉我们进化的局限性。为什么不是所有的适应和表型都是可能的呢?

“进化受到各种不同因素的制约……我们现在才刚刚开始揭开谜底。”

闲适的生活方式

树懒是犰狳和食蚁兽的近亲，它们对能量的需求是所有现存哺乳动物中最低的。它们可以用30天的时间消化一顿饭。三趾树懒以树叶为食，几乎要不停地吃东西。它们的两趾表亲在饮食中添加水果和昆虫，因此它们的能量摄入量略高。但这两种树懒的新陈代谢都很慢，这意味着它们通常只会每周去一次厕所——这是一种冒险，需要从树上爬到地上才能排便。与大多数哺乳动物相比，树懒的体内温度也较低，这意味着它们的行为几乎像爬行动物，爬到阳光下取暖，爬到阴凉处降温。