達爾文的成名大作就叫作《物種起源（On the Origin of Species ）》：新物種如何誕生，一直是演化學中非常重要的問題。
最近一項以草莓箭毒蛙為對象的研究，似乎發現了一種之前未知的因素，也登上當期 Nature 期刊的封面。我覺得結論頗有疑慮，不過這個議題很值得思考，一起來看看吧。
草莓箭毒蛙研究登上當期 Nature 封面。圖／取自 Nature
草莓箭毒蛙的愛情與家庭
此一研究相當有意思：實驗對象是住在巴拿馬的草莓箭毒蛙（strawberry poison frogs，學名 Oophaga pumilio）。中美洲在加勒比海的這一側，冰河時期海平面較低，是連成一片的陸地，箭毒蛙們應該較有機會來往；但是冰河時期結束後海平面上升，陸地形成比較破碎的地形，使得箭毒蛙分散在許多同溫層，缺乏見面機會。1, 2, 3
草莓箭毒蛙有許多種顏色，是由遺傳決定；大部分地方的箭毒蛙族群中只有一個顏色，少數族群超過一個顏色。外貌不同顏色可能是隨機形成，也可能受到天擇或是性擇所影響。箭毒蛙主要的天擇壓力來自於捕食，論文認為不同顏色的箭毒蛙，被捕食的風險應該差異不大，也就是說天擇的影響力有限，因此希望探索性擇的影響。
草莓箭毒蛙各地族群的分佈。圖／取自 ref1
草莓箭毒蛙寶寶出生後會經歷一段育幼時期，先由爸爸，然後再換成媽媽照顧。而這回研究令人驚奇的發現是，小時候被不同的父母照顧，竟然會影響長大後的同儕互動與求偶選擇！
愛你的姐妹，討厭你的兄弟！
在野外做實驗很困難，所以相關實驗是在實驗室中進行。在小蛙蛙出生以後，研究者將它們分為三組，一組讓和小蛙蛙同樣顏色的父母照顧，一組改由不同顏色的父母撫養，另一組則交給一位顏色相同，另一位不一樣的父母育幼。
分成三組。圖／取自ref1
實驗結果很一致，小蛙蛙長大後的求偶選擇，和自己或是父母的顏色關係都不大，反倒深受小時候照顧自己的媽媽顏色的影響：例如照顧的媽媽是紅色，那麼不管自己是紅色或藍色，成年後的草莓箭毒蛙都傾向選擇紅色的女生。
除了試圖與異性情慾交流，草莓箭毒蛙男生也會與同性競爭。另一件有趣的關鍵發現是，男生長大後偏好的打架對象，也與小時候照顧自己的媽媽顏色一樣，假如育幼的媽媽是紅色，那麼不論自己是紅色或藍色，長大的箭毒蛙都優先攻擊紅色的男生。
異性求偶的選擇。圖／取自ref1
綜合來看，草莓箭毒蛙小時候被不同顏色的媽媽育幼，會影響長大後的異性求偶，以及同性攻擊行為，論文將對異性求偶行為的影響稱為「性銘印（sexual imprinting）」，對同性攻擊行為的影響稱作「競爭銘印（rival imprinting）」。
由一系列實驗得知，草莓箭毒蛙成年後選擇的求偶與攻擊對象，被後天生命經驗影響的程度，都遠大於親生父母先天的遺傳。套用武俠小說的講法就是「愛你的姐妹，討厭你的兄弟」，簡單卻很明確。
攻擊同性的機率。圖／取自ref1
埋下撕裂族群的第一步？
到這裡為止，都是驚喜而扎實的實驗結果，不過該怎麼解釋與應用呢？這篇論文的野心不僅於此，還想進一步挑戰最重要的演化議題之一：種化（speciation），也就是新物種形成的過程。
由一群類似個體組成的同一個物種，如何形成不一樣的兩個物種？兩性生殖的生物中，生殖隔離（reproductive isolation）是必要的。
對於新物種形成，演化學家常見的想像是：原本屬於同一物種的個體們，不同個體間漸漸出現差異，導致它們之間產生後代的機率降低；隨著累積差異愈來愈多，最終達到完全無法生產後代的狀態，變成兩個無法遺傳交流的群體。
育幼會影響草莓箭毒蛙的生殖傾向，似乎能與生殖隔離沾上關係；更白話一點，若是同一族群內，存在不同顏色的個體，而個體之間的生殖成功率又受到銘印影響，銘印豈不將有機會影響族群的分化？論文接下來改以數學模型分析，兩種銘印對族群內顏色多樣性的影響力。此一研究方向其實相當微妙，稍後再說。
紅色草莓箭毒蛙。圖／取自 本研究新聞稿
在草莓箭毒蛙的案例中，我們站在男生的立場來想。選擇哪種外貌的女生當求偶對象，受到小時候照顧的媽媽的影響，假如配備族群中少見的顏色，被同樣顏色女生接受的機率較大，顯然是個優勢。也同樣重要的另一個面向是，倘若男生自己的顏色是多數，被同儕攻擊的機率也大，比較不利。
有利與避免危害，兩個方向綜合起來，族群內的非主流少數派顯然比較有利。論文用數學模型支持上述推論：光靠著性銘印，就足以維持草莓箭毒蛙族群內顏色的多樣性。
修但幾勒，請容我出言反駁
我沒有理解錯誤的話，論文的主張是：既然同一個物種中可以維持不同的顏色特徵，而不同顏色又會導致下一代不同的求偶偏好，那麼長久下去，同一物種中不同外貌的個體，之間就有機會累積差異，最終形成不再情慾交流的兩個不同物種。但真能如此嗎？
我個人的觀點是，假如草莓箭毒蛙的異性求偶銘印，以及同性攻擊銘印，真的是維持族群內顏色多樣性的關鍵因素，無疑是值得重視的重要發現。但是想證實光靠兩種銘印，就足以搭建新物種誕生的舞台，又試圖連結到新物種的誕生，中間還缺很大的一步。
這個推論的一大問題在於「連鎖（linkage）」。
演化理論預測，生殖隔離之所以產生，是由於求偶選擇的差異，導致不同性偏好的個體之間的遺傳交流減少，繼而累積遺傳上的差異程度；而影響求偶偏好的遺傳因子或基因，會和影響特徵的基因（這兒草莓箭毒蛙的狀況是顏色）連鎖在一起，難以被重組（recombination）打破。
一旦影響求偶與特徵的基因產生遺傳連鎖，具備某種性擇傾向的個體，也會同時攜帶某一群特徵的基因，和另一種性擇傾向，又攜帶另一群特徵相關基因的個體，減少交流機率。
這麼說好像有點太抽象了，來舉個簡單的例子。假設有一種生物，參與求偶偏好的基因有 A、B、C，影響外貌的基因有紅、藍、綠；當求偶與外貌無關時，一位個體分配到 ABC 與紅藍綠的機率是一樣的，比方說 A藍、C紅、C綠、B紅出現的機率將會一樣。
然而，若是具備 A 基因的個體偏好紅基因的特徵，B 基因偏好藍、C 基因偏好綠，那麼一位個體擁有 A 或 B 或 C 基因，就會影響它與紅、藍、綠基因配對的機率；A紅、B藍、C綠出現的機率，將大於 A藍、C紅等其他組合。長久下來，此一物種就有機會形成 3 種遺傳上差異明顯的族群。
讓我們回到銘印：銘印並非由遺傳決定，而是後天的生活經驗影響所致。根據草莓箭毒蛙的實驗結果推論，影響顏色的基因，應該無法與影響求偶或攻擊的基因連鎖在一起；在上頭的舉例中，就是紅藍綠並沒有對應的 ABC。
若是如此，連鎖該如何形成？連鎖不成，遺傳差異又該如何累積？
草莓箭毒蛙。圖／取自 Nature 評論
值得玩味，論文和期刊同一期的評論中，都有觸及連鎖這位魔王（連鎖和重組是一體兩面），但是都沒有真正面對問題。（我懷疑，缺乏真正遺傳連鎖的狀況下，銘印導致的分裂效果能維持多久？）
如果多樣性這麼容易維持，為什麼現實世界如此單調？
此一研究另一項問題，在於與現實對照的違和感。由論文推導的模型得到的結果是，族群內的少數派比多數派更有優勢，所以多樣性能夠維持。
然而，如今草莓箭毒蛙大部分的族群中都只有一種顏色，超過一種顏色的其實是少數，族群內多樣性在理論上有優勢，現實中卻不常見？
藍色草莓箭毒蛙。圖／取自 本研究新聞稿
目前對於草莓箭毒蛙各地族群的遺傳史，還有影響顏色的遺傳因素，都所知極為有限，因此不可能真正回答上述問題。不過一個有希望的解釋方向是，在冰河時期結束後，各地箭毒蛙被分割成分散多處的小族群，大部分都只有單一顏色，又因為被分隔各地，缺乏再度接觸的機會，所以沒有機會上演論文的公式計畫通。
然而，即使每一個單一顏色的草莓箭毒蛙族群，歷史上都沒有機會互相見面，這套論點要用來解釋冰河時期結束以前的狀態，也很有疑問。
這套公式告訴我們，一個只有單一顏色的族群中，假如出現另一種顏色的少數個體，它們的少數性將帶來很不錯的優勢，幾代以後就會使得此一原本單調的族群，發展為超過一種顏色共存的狀態。
在冰河時期，交流相對容易的時候，不同顏色的草莓箭毒蛙來往沒有地理障礙，假如顏色多樣性很容易維持，應該各地的族群都不只一個顏色；這樣一來，冰河時期結束後的各地族群內，都該是多種顏色共存才合理，那麼如今大部分族群內都只有一個顏色，是哪個階段出了問題？
太多目前無法回答的疑問了。江湖傳言：要下非凡的結論，需要非凡的證據。在我看來，這篇論文提出的論點非凡，證據卻不太夠力。
批評這篇論文一些論點之餘，也希望讓各位讀者了解，此一研究選擇挑戰的題材非常令人欽佩（巴拿馬野生的箭毒蛙耶！！！），發現也相當有意思。至少草莓箭毒蛙的求偶與攻擊行為，比起先天遺傳，更加受到後天銘印影響的結果相當可靠。
至於在此一基礎上，能有什麼意義與後續發展，除了研究團隊本身以外，也很值得對演化有興趣的人們思考。
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參考文獻
- Yang, Y., Servedio, M. R., & Richards-Zawacki, C. L. (2019). Imprinting sets the stage for speciation. Nature, 574(7776), 99-102. ISO 690
- Leapfrog to speciation boosted by mother’s influence
- Imprinting on mothers may drive new species formation in poison dart frogs
本文亦刊載於作者部落格《盲眼的尼安德塔石匠》暨其 facebook 同名專頁。
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