嚴重近親繁殖致魔鱂唯一群族基因幾乎一樣　或短時間內自我滅絕

最新刊於《英國皇家學會學報 B 》的研究指出，其中一種世上最孤立的魚類因為嚴重近親繁殖，在不久將來就會滅絕。

過去 10,000 多年來，極危魚類魔鱂 (Cyprinodon diabolis) 只棲息於美國內華達州的惡魔洞 (Devils Hole) ，該處是隱藏在死亡谷國家公園沙漠邊緣的著名地下綠洲。

該個有限的棲息地是一個 152 米深的洞穴，使其成為地球上任何有脊椎生物的已知最小棲息地，而極端環境條件也不斷對魔鱂的基因造成傷害。

柏克萊加大團隊在對惡魔洞的八條年幼魔鱂基因組進行測序後發現，這種魚已經雜交到一種程度，以至每一條魚都與其家庭成員共享約 58% 的基因組。

領導研究的整合生物學家 Christopher Martin 指，高水平的近親繁殖與更高的滅絕風險有關，而魔鱂幼魚的近親繁殖與迄今為止在其他孤立的自然物種群族中報告的水平相若，甚或更為嚴重。

這種異常高水平基因組交叉亦類似於美洲獅、皇家島狼和山地大猩猩等其他瀕臨滅絕的物種，所有這些物種都遭受了極端數目下降的影響。

當柏克萊加大研究人員將結果與世界其他地方的鱂科物種進行比較時，他們發現只有大約 10 至 30% 的鱂科基因組通常是相同的。換言之，惡魔洞明顯加劇了這種情況。例如，魔鱂可能正在積累使其更難生存的基因變異。

另一方面，惡魔洞的食物和氧氣已經很稀缺，但最新排序出的基因組顯示，一些與低氧條件下繁殖和生存密切相關的鱂科等位基因似乎隨時間而失去了功能或被刪除。

好消息是這些突變已在魔鱂之間傳播了一段時間。

當團隊從博物館藏品中一條保存完好的魔鱂幼魚的基因組進行測序時，他們發現至少自 1980 年以來已存在高水平近親繁殖。

那是分別在 2007 年和 2013 年下降到整個群族只有幾十條魔鱂之前很久。現時，魔鱂數量約為 175 條，學界認為牠們處於極度瀕危狀態。無人真正知道牠們為何會消失，而研究團隊想弄清楚是否有任何基因對近年的魔鱂數量大減負責。

Martin 解釋，關於數量下降的部分原因，可能是其族群的基因健康。也許數量下降是因為有害基因突變已變得固定。

人類活動，如抽取地下水同樣有所影響，至於地震等自然事件有時也會動搖該地下棲息地：如果魔鬼洞的水浪夠大，可能會壓扁魚卵並將洞穴中的藻類破壞，後者是幼魚可以獲得的僅有營養物質，因此此類事件可能是災難性的。

氣溫上升也可能有重要角色。如果氣候變化使魔鬼洞的水超過其恆常的 33°C，魔鱂可能無法快速或有效地繁殖。

基因突變被認為對生物生存是關鍵的，因為這意味著後代有更多機會適應不斷變化的條件。然而，並非所有基因突變都幫助生存，當群族中近親繁殖水平很高時，有些突變可能會被拖累。

團隊希望利用像魔鱂這樣的小族群基因組來更了解這些演化動態，以及可以採取哪些措施來挽救瀕危動物的命運。例如，如果發現特定突變會降低魔鱂在低氧環境中的生存能力，那麼 CRISPR 之類的基因編輯技術或許可以幫助學者刪除該等位基因，或恢復之前流失的其他基因。現時團隊總共確定了 15 個從魔鱂基因組中消失的基因。

Martin 說：「我們未來的工作是真正研究這些刪除的作用。」

來源：
Science Alert, These Extremely Isolated Fish Are So Inbred, Their Genomes Are Mostly Identical

報告：
Tian, D., Patton, A.H., Turner, B.J. & Martin, C.H. (2022). Severe inbreeding, increased mutation load and gene loss-of-function in the critically endangered Devils Hole pupfish. Proc. R. Soc. B. doi: 10.1098/rspb.2022.1561

文／AC