一起但分开：是什么推动了新物种的进化？

最近发表在《BMC进化生物学》上的一项新研究发现，尽管有交配和繁殖后代的能力，但两种松树锯叶蝇的进化是分开的，它们在松树寄主上产卵的方式非常特殊。作者们讨论了他们的工作及其对我们了解新物种如何进化的启示。

以植物为食的昆虫从地球上所有其他生物中脱颖而出有两个方面的原因。首先，它们异乎寻常地多样化：每四种物种中就有一种是草食性昆虫。第二，大多数昆虫物种专攻特定类型的植物，而不包括其栖息地的所有其他植物。

植食性昆虫的显著多样性和特殊性的一个解释是，对新寄主植物的适应常常推动新物种的形成。为了验证这一假设，我们必须在有助于宿主适应的性状和阻止物种间成功繁殖的性状之间建立直接联系。

为了研究寄主适应和物种形成之间的联系，我们重点研究了一对在其攻击的松树物种中存在差异的紧密相关的松树锯末物种（北美松树的常见害虫）。而新二聚体松（白松叶蜂）只攻击白松，新二聚体松（红头松叶蜂）攻击其他几种松树，但一般避免白松。

我们知道，这两个物种可以——而且偶尔会——彼此交配。我们在同一时间在同一地点发现了它们，我们甚至在野外收集了杂交幼虫。我们也在实验室中进行了杂交，产生了可育的杂交后代。然而，尽管偶尔会有杂交，这些物种在野生环境中在基因、行为和形态上仍然是不同的。

总之，我们的观察告诉我们，有某种东西在阻止松果体和lecontei合并成一个单一的物种。我们在实验室中对这些物种的一些早期杂交暗示了一种可能的解释。我们注意到，当杂交雌鸟在松树而不是白松上产卵时，它们孵化得很好。然而，当杂交雌鸟将卵产在白松上时，针叶变干，卵无法孵化。换句话说，关于杂交雌性的产卵行为的一些东西是“关闭”的。

为了产卵，新二聚体雌性用锯状结构（产卵器）在寄主针头上刻下单个带卵囊。在这样做的过程中，他们面临两个挑战：避开保护松针的树脂（松针会淹死卵）和避免针头干燥（也会杀死卵）。值得注意的是，白松的针叶比母松树的针叶要薄得多，树脂含量也较低。因此，我们预测松毛虫雌性应该具有最小化干燥风险的特性（例如，更少或更小的针切），而松毛虫雌性应该具有避开宿主树脂的特性（例如，更深层的切口有效地排出树脂）。

与我们的预测一致，我们发现松林雌蛾每针产卵数少于松林雌蛾。N.松属雌性也从不在针叶底部切一个排脂的“预裂”（一个不含卵子的切口），而莱孔台的雌性总是这样做。我们还发现，松林雌鼠的“锯子”比松林雌鼠的小，直，这表明这些雌鼠的针切较浅。这些性状共同符合我们的预测，即松属的性状应尽量减少干燥风险，而松属的性状预计会减少树脂流到卵中（但增加干燥风险）。

但是这些特性在杂交后代身上是什么样的呢？我们发现杂交雌性对白松有很强的偏好（像松树雌性），但是比松树雌性有更大的锯，每针产卵更多，切割更多的预裂石。这种不幸的性状组合导致针叶干燥和孵化失败，极大地降低了杂交雌性成功繁殖的能力。杂交雌蛾产卵性能差，在一定程度上可以解释，尽管偶尔在野外进行杂交，但莱孔台松和松柏仍然是不同的物种。

我们的研究表明，亲本-寄主使用特性的不适应性组合如何导致杂交个体的适应度降低，进而限制亲本物种之间的基因流动。这直接证明了寄主适应有助于新物种的形成。此外，我们的研究表明，在不同宿主上产卵的适应可能是物种形成的一个特别重要的驱动因素（但目前还未被充分认识）。