DNA研究揭示了犀牛的古代史,包括有毛的祖先

新的研究详细描述了犀牛的进化史,揭示了犀牛在漫长的历史中遗传多样性的惊人缺乏。考虑到目前所有现存的犀牛物种都濒临灭绝,并面临着自身的基因瓶颈,这项新的研究可能会提高保护工作的力度。

几年前在哥本哈根举行的一次科学会议上,来自瑞典自然历史博物馆的古遗传学家Love Dalén遇到了来自哥本哈根大学的进化生物学家Tom Gilbert。他们讨论了一项可能的科学合作,其中犀牛的话题出现了,因为他们各自独立地研究这些有角的哺乳动物。这就启动了一个项目,Dalén和吉尔伯特与世界各地的专家一起,利用古代和现代基因组来研究犀牛家族的进化史。

这种合作是有意义的,因为科学家们一直在努力重建犀牛的家谱。生物学家查尔斯·达尔文(Charles Darwin)甚至尝试过这个问题,在他的开创性著作《物种起源》(on the Origin of Species)发表于1859年17年前,他就写了一篇关于这个问题的文章。

研究犀牛的历史一直是一个挑战,因为所有现存的犀牛都是高度濒危的,也是保护工作的重点。更重要的是,绝大多数的犀牛在更新世之前就灭绝了,而更新世大约开始于258万年前。犀牛家族出现在5500万到6000万年前,与貘分道扬镳。犀牛将继续经历巨大的成功,产卵超过100种不同的物种,并遍布非洲、欧亚大陆、北美和中美洲。

有些犀牛变得非常大,比如长毛犀牛(Coelodonta antiquitatis)。重达4500磅(2000公斤)以上,这些犀牛有毛茸茸的皮毛,巨大的驼峰,和一个可怕的5英尺(1.5米)的角。然而,到大约11500年前更新世结束时,地球上只剩下9种犀牛。

为了更好地了解犀牛的历史和远祖,研究小组绘制了五种现存犀牛与三种在上个冰河时代结束前灭绝的犀牛的基因关系图:西伯利亚独角兽(Elasmotherium sibiricum),默克公司的犀牛(Stephanorhinus kirchbergensis),以及前面提到的长毛犀牛。黑犀牛(Diceros bicornis)、白犀牛(Ceratotherium simum)、苏门答腊犀牛(Dicerorhinus sumatrensis)、大独角犀牛(Rhinoceros unicornis)和爪哇犀牛(R. sondaicus)都是研究中包括的现存物种。

随后的分析表明,在1600万年前的中新世早期,犀牛的祖先发生了一次分裂,形成了两个截然不同的犀牛谱系,一个在非洲,一个在欧亚大陆。这种分裂是由于它们的地理分布,而不是由于逐渐显现的物理差异,即独角犀牛和双角犀牛的出现。

另一个关键发现是,犀牛的遗传多样性很低。基因多样性的缺乏是人口少的一个标志,它可以导致各种各样的遗传疾病作为有害的突变的结果。这发生在长毛象的最后日子里。

该研究的合著者、哥本哈根大学的研究员米克·韦斯特伯里(Mick Westbury)在一份电子邮件新闻稿中解释说:“在过去200万年中,所有这8个物种要么表现出持续但缓慢的种群规模下降,要么表现出在较长时间内持续较小的种群规模。”

正如这项研究表明的那样,古代犀牛设法应对或适应了持续的小种群。科学家们有一个很酷的术语来描述这一过程:突变负荷的清除。

Dalén在电子邮件中写道:“物种不能适应低多样性,但在某种程度上,他们可以适应小种群规模。”理论预测,自然选择可以从种群中去除有害的突变,即使种群规模变得很小。在我看来,这不是对低多样性的适应,而是对近亲繁殖的适应。”

因此,尽管低基因多样性是犀牛历史中不可磨灭的一部分,但并没有导致近亲繁殖和有害突变导致健康下降。有趣的是,在这方面,犀牛并不是唯一的。Dalén解释说,猫科动物的遗传多样性更低。他说这并不奇怪,“因为食肉动物的多样性通常低于食草动物,因为它们的种群规模通常较小。”

虽然“低基因多样性是犀牛家族的长期特征”,但正如生物学家在今天发表在《细胞》(Cell)杂志上的研究报告中所写,这一问题“最近尤为严重”,可能是因为人类将这些生物推向了灭绝的边缘 。

事实上,虽然历史上对突变负荷的清除可能阻止了基因问题的蔓延,但现代犀牛极低的种群规模则是另一回事。指出,平均遗传多样性在四个现代犀牛的基因组测定的一半被认为在古代基因组(爪哇犀牛是作为一种历史因为它的DNA来自一个人活到200岁ago-prior人类影响犀牛的数量)。

研究表明,在过去100年里,犀牛成功地清除了不健康的基因突变,但与它们的祖先相比,如今的犀牛不得不面对低水平的基因变异和更高的近亲繁殖率。这是过度捕猎和栖息地破坏的结果,这使这些物种面临灭绝的危险。

值得庆幸的是,这篇新论文可以为当前的保护工作提供信息。研究表明,低基因多样性并不一定意味着犀牛陷入了困境。相反,自然资源保护主义者应该专注于增加它们的种群规模,而不是提高它们的个体遗传多样性。Dalén说,实际上,“这意味着主要的保护重点应该是避免非法偷猎和破坏犀牛最喜爱的栖息地”,方法应该根据物种而有所不同。他举例说,非洲犀牛受到非法偷猎的威胁,而苏门答腊犀牛则受到它们首选栖息地被破坏的威胁。

Dalén补充说:“话虽如此,我认为我们也不能忽视来自低基因多样性和近亲繁殖的威胁。”“所有犀牛的基因组中仍然存在有害突变,即使可能没有古代那么严重。鉴于目前大多数犀牛的种群规模较小,近亲繁殖很可能在未来继续增加。如果这种情况发生,我们将看到遗传疾病的增加。”

Dalén对保护管理人员的建议是,“如果有机会让后代看到这些动物的话”,他们应该尽最大努力防止偷猎,保护犀牛的剩余栖息地。

作者:是柚子呀,如若转载,请注明出处:https://eozlab.com/zirankexue/shengwu/1529.html