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在遥远的过去的某个时候 , 远在人类踏上地球之前 , 现代大象的祖先就进化出了它们标志性的象牙 。 大象使用它们白色而巨大的门牙用来挖掘、收集食物和保护自己 。 但随着时间的推移 , 特别是近数百年来 , 颇具优势的象牙反成了一种负担 。
根据世界野生动物基金会的数据 , 目前象牙的批发价约每斤330美元 , 每年约有20000头大象的象牙被偷猎以供全球象牙贸易 。 过去有研究指出 , 一些非洲象种群已经迅速进化出不长象牙 , 但没有人去调查“无牙象”出现的背后原因 。
而发表于《科学》杂志上的一项新研究表明 , 东非国家莫桑比克内#战#期间 , 大象进化出“无牙”的特征并非巧合 , 而是植根于遗传学 , 就像人类的眼睛颜色一样 , 基因决定了大象是否从父母那里继承了象牙——因为没有象牙的大象更有可能存活下来并且将这种特性传给它们的后代 。
非洲象进化出不长象牙 , 非偶然!
和亚洲象不同 , 非洲象无论是雌性还是雄性都长有巨大的象牙 , 不长象牙的非洲象在过去很罕见 , 通常只有2% 的非洲雌象没有象牙 。
普林斯顿大学演化生物学家谢恩·坎贝尔-斯塔顿(Shane Campbell-Staton)因失眠偶然刷到了一个关于莫桑比克戈龙戈萨国家公园的介绍——幸存下来的雌象表现出不寻常的特征 , 即不长象牙 。 他觉得很好奇 , 于是就给一位研究大象的同事、生态学家罗伯特·普林格尔(Robert Pringle)发邮件:这是自然选择在起作用的戏剧性例子吗?为什么无牙的只有雌象?
结果同事将他带到了非洲戈龙戈萨国家公园 , 在那里 , 坎贝尔-斯塔顿遇到了非营利保护组织“ElephantVoices”的创始人乔伊斯普尔(Joyce Poole) , 一位研究濒危草原大象近50年的生物学家 。 他们组成一个团队试图找出无象牙的答案 。
为了调查无牙大象的增加是否是自然选择的适应案例 , 坎贝尔-斯塔顿领导的团队仔细研究了自1972年以来28年间莫桑比克戈龙戈萨国家公园的动物发生了什么(包括发生在1977年至1992年之间的冲突时期 , ) 。
结果数据显示:在1972年 , 公园内有2542头非洲丛林象 。 而到2000年 , 只剩下242头 。 特别是爆发冲突的16年时间里 , 包括大象在内的大型哺乳动物种群数量锐减了约90% 。 同一时期 , 无牙雌象的频率增加了近三倍 , 从 18.5%增加到50.9% 。
目前戈龙戈萨国家公园600头左右的大象有一半雌象没有长象牙 , 相信是在冲突中幸存下来的雌性将这种特性传给了其女儿 。 数学模型表明 , 这种变化几乎可以肯定是“天择(natural selection)” 造成 , 而非偶然侥幸 。 而且计算得出 , 无牙雌象的生存几率是其他大象的5倍左右 。 这意味着 , 偷猎推动了快速进化 。
两种基因突变致无牙 , 但对雄象是致命的!
然而 , 研究人员很困惑 , 为什么无牙是一种仅限于雌象的特征 。
于是团队对11只无牙和7只有牙的雌象基因组进行了测序 , 以寻找各组之间的差异 。 结果发现了两个似乎在起作用的显性基因 , 分别为AMELX 与MEP1a 。
这两个基因都有助于长牙 , 都参与了哺乳动物的牙齿发育 , 包括珐琅质、牙本质、牙骨质和牙周组织的形成 。 不过 ,AMELX 位于X 染色体上 , 并与罕见的人类综合症相关 , 会令带AMELX 的女性牙齿变小或畸形 , 特别是类似于大象獠牙的上颚犬齿 。 当它被破坏时 , 牙齿会变得异常和脆弱 。 所以AMELX基因的某些故障可能会阻止大象长出象牙 , 这一发现也解释了为什么只有雌性非洲象没有象牙 。
不过AMELX基因的发现也令团队感到担忧 , 因为它对雄象来说是致命的 。 AMELX的近邻包括动物赖以生存的基本基因 。 如果相邻基因受到影响 , 通过禁用 AMELX 影响牙齿的突变可能会导致整个动物死亡 。 雌性大象可以承受这样的风险 , 因为它们有两条X染色体:如果基因在一个副本中被破坏 , 它们就有备份 。 但是雄象只有一条X染色体 , 如果一头雄象继承了破坏的 AMELX 基因 , 它就会死亡 。 因此一个可预见的结果是 , 出生的雄象会越来越少 。
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