新物种可以以惊人的速度形成——或者这个过程可能需要数万年。

地理障碍可能导致数千万年的新物种出现，例如蟒蛇和蟒蛇，它们有着共同的祖先。 在这里，我们看到了一种南美原产的翡翠树蟒。 （图片来源：WMay 来自 Getty Images）

查尔斯达尔文对进化产生的“最美丽和最奇妙的无尽形式”感到惊讶，事实上，今天的地球上估计有 1 万亿个物种。但是这些物种进化需要多长时间？

加州大学洛杉矶分校生态学和进化生物学教授托马斯·史密斯说，答案因生命形式而异，“取决于分类群 [生物类型] 和环境条件”。它的范围从人类可观察的时间尺度到数千万年。

至关重要的是，由于进化是通过遗传变化发生的，生物的繁殖速度或世代时间限制了新物种形成的速度——称为物种形成率——根据加州大学圣巴巴拉分校（ UCSB）。例如，根据美国自然历史博物馆在纽约市。

然而，要确定哪些细菌品种算作新物种可能很棘手，史密斯说。 虽然科学家通过它们是否可以杂交来描述物种，但细菌不会有性繁殖。 尽管如此，2008 年发表在《美国国家科学院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences) 上的一项研究报告称，几十年来观察到的一个大肠杆菌谱系 已经进化出使用柠檬酸盐作为食物来源的能力。 在有氧的环境中。 研究人员说，因为无法做到这一点是“大肠杆菌作为一个物种的一个决定性特征”，这种变化可能代表了一个新物种的开始——一个在几年内发展起来的物种。

植物，在一种被称为多倍体的现象中，可以在种子中复制它们的整个基因组，从而在一代中产生每条染色体的额外拷贝和一个新物种。由此产生的生殖隔离“自动产生了一个新物种，”史密斯说。

而且由于许多植物自己繁殖，新的多倍体生物可以继续创造更多的新物种。 “植物通常会自我受精，因此它可以开始整个种群，”UCSB 说。

即使在动物王国，物种形成也可以在人类可观察的时间尺度上发生，特别是在快速生成的昆虫中。例如，苹果蛆蝇（Rhagoletis pomonella）在历史上以山楂植物为食，但在 1800 年代中期这些植物抵达美国东北部后，一些人转向驯化苹果。根据 2006 年美国昆虫学会年鉴杂志上的一项研究，从那时起，这两个群体在生殖上变得孤立，现在被认为是“宿主种族”——一种物种形成的第一步没有物理障碍。

物种形成通常在脊椎动物中移动得更慢，但仍然可以很快发生。 2017 年发表在《科学》杂志上的一项研究报告称，一只加拉帕戈斯雀迁移到一个新岛屿并与一只本土鸟类交配，在三代之内产生了一个新的生殖隔离谱系。该研究的共同作者、瑞典乌普萨拉大学的遗传学家 Leif Andersson 表示，这种谱系可能代表了通过物种杂交快速启动的物种形成，而不是较慢的适应积累。

“这是一个新物种如何形成的可能情景，”安德森说。 “但是在更长的时间内它有多稳定就更不确定了。”

速度限制

每年仍有新的慈鲷发现。 （图片来源：Paul Starosta via Getty Images）

史密斯说，脊椎动物完整物种形成的速度记录可能属于非洲维多利亚湖的慈鲷。他说，这些鱼“在不到 12,000 年前从一个创始人那里爆发成 300 种”。一些研究，例如 2000 年英国皇家学会学报 B杂志上的一项研究，质疑了这一时间表，但慈鲷的物种形成“非同寻常”，史密斯说。

史密斯说，要找到物种形成时间的上限，请查看由于物理障碍而发生的物种形成。例如，主要发现于美洲的蟒蛇和原产于非洲和亚洲的蟒蛇在南美洲从非洲分裂后分化。史密斯说，这可能代表了从大陆分裂到完全物种形成的数千万到一亿年。 （根据澳大利亚国立大学的数据，这些蛇的最后一个共同祖先在大约 7000 万年前的恐龙时代滑行，而非洲和南美洲则在大约 1.4 亿年前分裂。）

安德森说，命名一个平均或最常见的物种形成时间具有挑战性，但科学家们可以估计最近的祖先，给出一个粗略的想法。 “在鸟类和哺乳动物中，我们看到的是通常……发达物种之间的分裂就像一百万年，”他说。

2015 年发表在《分子生物学与进化》杂志上的一项研究给出了另一个估计。研究人员利用来自 50,000 多个物种的数据（尽管其中包括少数细菌），发现物种形成通常需要超过 200 万年的突变积累。这适用于脊椎动物、节肢动物（包括昆虫、蜘蛛和甲壳类动物）和植物。

然而，这样的模型需要许多假设，其他研究人员在一篇关于该研究的 Quanta 杂志故事中警告说。史密斯说，科学家们在减缓或加速物种形成的因素（即环境压力和生殖隔离）方面的基础更加稳固。 “在所有物种中……选择压力越大，基因流动越少，物种形成的可能性就越大，”他说。