科学家们揭示了螃蟹如何发展出独特的横向移动方式的新线索,答案基本上是:它们在很久很久以前就认定了这个“梗”。
一项新研究以《eLife》评审预印本的形式发布,汇集了迄今为止关于螃蟹如何移动的最大数据集。通过比较多个物种,研究人员将这种不寻常的行走方式追溯到一个大约2亿年前的共同祖先。《eLife》的编辑称这些发现很有价值,证据充分且令人信服,对研究动物运动的科学家具有广泛意义。
横向行走是“真蟹”(短尾下目)的标志性特征,这是蟹类十足目中最大的群体。这种不寻常的移动方式可能具有重要优势。例如,它可以帮助螃蟹躲避捕食者,因为它们的移动方向更难预测——这比我们大多数人的通勤方式要强得多。
“横向运动可能对真蟹的生态成功做出了重大贡献,”资深通讯作者、日本长崎大学综合科学与技术研究生院副教授川幡裕树说。“真蟹约有7904种,远远超过它们的姐妹群异尾下目或近亲螯虾下目;它们已经遍布全球的多样化栖息地,包括陆地、淡水和深海环境;而且它们类似螃蟹的身体形态在一种称为‘蟹化’的现象中反复进化。”
“尽管关于真蟹的信息丰富,但有关其运动行为的数据却很少。虽然大多数真蟹物种使用横向运动,但也有一些群体向前行走,这引发了一些有趣的问题。它们的横向运动何时起源?在漫长的岁月中进化了多少次?又逆转了多少次?”
为了研究这些问题,川幡和同事们研究了50种真蟹的移动方式。每个物种被记录10分钟,使用标准摄像机在模拟其自然栖息地的圆形塑料竞技场内拍摄。由于实际限制,研究人员每个物种只观察了一个个体——所以我们只能相信一只螃蟹的话来代表整个物种的移动方式。
研究团队随后将这些观察结果与先前发表的蟹类系统发育数据相结合,该数据利用来自344个物种(涵盖大多数主要谱系)的10个基因绘制了短尾下目的进化关系。由于行为数据并不总是与系统发育中的物种完美匹配,研究人员将进化树简化为44个属,以及5个科和1个总科。这使得密切相关的群体可以代表未直接包含的物种。
在研究的50个物种中,35个主要横向移动,15个向前移动。当研究人员将这些行为映射到进化树上时,一个清晰的模式出现了。横向行走似乎只进化了一次,起源于异孔派(Eubrachyura)基部的一个向前行走的祖先,异孔派包括更高级的螃蟹。在那之后,这个特征在真蟹中基本保持不变。
“这一单一事件与蟹化形成了鲜明对比,蟹化在十足目物种中反复发生,”川幡解释道。“这突显了虽然身体形态可能多次趋同,但像横向行走这样的行为变化可能很少见。”
研究人员认为,这种一次性转向横向运动可能在真蟹的成功中发挥了重要作用。横向移动使螃蟹能够快速向任一方向移动,更容易躲避捕食者。同时,这种运动方式在动物界并不常见,可能是因为它会干扰其他重要活动,如挖洞、交配和进食。
根据作者的说法,横向行走可能代表了一种罕见的进化创新。