协同进化与物种互作

当两个物种相互施加选择压力时，它们会协同进化，从而产生捕食者与猎物之间的军备竞赛、互利共生者之间的紧密契合以及宿主与寄生虫之间无休止的追逐。

Definition

协同进化是相互作用物种之间相互的进化变化，其中每个物种都对另一个物种施加选择力，而物种互作是这种选择力运作的生态关系。

Scope

本主题涵盖了相互作用物种之间的相互进化变化：捕食者-猎物和宿主-寄生虫系统中的对抗性协同进化和军备竞赛，授粉和种子传播中的互利协同进化，红皇后动态，扩散性与成对协同进化，以及协同进化在种群间变化的地理镶嵌。它探讨了物种互作如何驱动多样化和适应。

Core questions

• 相互作用的物种如何相互驱动彼此的进化？
• 是什么导致了对抗者之间进化上的军备竞赛？
• 协同进化如何塑造授粉等互利共生关系？
• 为什么协同进化在不同种群之间存在地理差异？

Key theories

红皇后动态

在对抗性互作中，每个物种都必须不断进化，才能在伙伴反适应时维持其相对适应度，因此持续的变化并不能带来持久的优势，这种永无止境的竞赛被范·瓦伦的红皇后理论所概括。

协同进化的地理镶嵌

由于相互作用物种之间选择的强度和结果在不同地区有所差异，协同进化以热点和冷点交错的镶嵌形式进行，其性状通过基因流动混合。

Mechanisms

当一个物种的性状对另一个物种的性状施加选择压力时，协同进化就会发生，而后者进化上的响应反过来又会改变对第一个物种的选择压力。在对抗性系统中，这会驱动防御和反防御的升级，例如植物进化出毒素而食草动物进化出解毒能力。在互利共生中，它可以完善伙伴之间的匹配，例如花朵和传粉者的形态。由于种群在不同的生态和遗传背景下相互作用，协同进化的结果在空间上有所不同，种群之间的基因流动将局部适应的性状融合到地理镶嵌中。

Clinical relevance

协同进化思维为作物病虫害管理、抗虫作物的持久性、药物和农药抗性的进化以及授粉等协同进化互利共生关系的保护提供了信息。这属于教育范畴，而非管理处方。

History

埃利希（Ehrlich）和雷文（Raven）于1964年构建了植物-食草动物协同进化的框架，范·瓦伦（Van Valen）于1973年提出了红皇后假说。汤普森（Thompson）在20世纪90年代和21世纪初发展了地理镶嵌理论，将协同进化嵌入到相互作用种群间空间变异的选择中。

Debates

成对协同进化与扩散性协同进化

协同进化是通常涉及物种对之间紧密的相互适应，还是涉及许多相互作用物种之间的扩散性选择，这一点存在争议，大多数自然案例介于这两个极端之间。

Key figures

• Paul Ehrlich
• Peter Raven
• Leigh Van Valen
• John N. Thompson

Seminal works

• thompson2005
• ehrlich1964
• vanvalen1973

Frequently asked questions

什么是红皇后假说？

红皇后假说认为，处于对抗性互作中的物种必须不断进化，才能在敌人也进化时维持其适应度，这个名字来源于一个必须不停奔跑才能留在原地的人物。

什么是协同进化的地理镶嵌？

这个观点认为，物种之间的协同进化在其分布范围内表现不同，有些地方选择压力强且相互作用，而另一些地方则选择压力弱，从而形成了局部协同进化性状的拼凑。