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非洲慈鯛魚祖先 1.5 萬年多次雜交 致最大熱帶淡水湖現存多達 500 種慈鯛

2018/8/10 — 16:11

資料圖片,慈鯛,圖片來源:維基百科

資料圖片,慈鯛,圖片來源:維基百科

維多利亞湖,是世上最大的熱帶淡水湖,面積約有 68,870 平方公里,由肯亞、坦桑尼亞和烏干達共同擁有,當中更有由幾厘米到約 30 厘米不等、約 500 種慈鯛科 (cichlid) 魚類。這些同科魚類都有不同外表、行為與生境 (niche) ,有些以植物為食,有的則吃其他無脊椎動物;較大型的慈鯛喜歡吃湖中其他魚類,湖底生活的則會當清道夫,吃掉其他魚屍殘渣。

過去的基因組研究顯示,這些慈鯛科魚類僅由幾個祖先品種在 1.5 萬年內衍生出來,其演化速度之快令學者嘩然。加州柏克萊大學演化生物學家 Rosemary Gillespie 指,基因突變不會出現得這麼快,並造成這麼多不同變異,一直都難以清楚知道當中發生了什麼事。

而最新的當地慈鯛科基因排序研究顯示,快速演化所需的基因變異早存在於慈鯛科祖先體內。湖中的古代與現代慈鯛科因為來回於各個分水嶺之中生活,導致這些魚雜交後有更高的基因多樣性。

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該研究由瑞士伯爾尼大學演化生物學家 Ole Seehausen 的團隊,於上週在夏威夷舉行的美國基因協會《適應輻射起源》會議上發表,現時仍未刊於任何科學期刊之中;該研究與會議上另一些發佈的研究均顯示,雜交 (hybridization) 是演化一個重要推動力量。

Ole Seehausen 研究了慈鯛超過 25 年,一直想知道雜交是否會產生新的遺傳「原材料」。去年發表於《自然 — 通訊》的研究中,其團隊從維多利亞湖周圍的河流和湖泊中收集了多種慈鯛,並為每個物種的 DNA 進行部分排序,以構建慈鯛家譜。而得出的慈鯛家譜分支模式表明,維多利亞湖的慈鯛與剛果河的一個物種,以及尼羅河上游流域一個分水嶺的物種有密切基因關係。

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Seehausen 團隊當時仔細觀察這兩條河的慈鯛所有基因組時,發現牠們約在 13 萬年前早已因剛果其中一支支流暫時流入維多利亞湖,令剛果與尼羅河上游的慈鯛有接觸。

為了更詳細了解慈鯛的演化歷史, Seehausen 團隊成功從居於維多利亞湖、剛果河、尼羅河上游以及附近分水嶺的 150 種慈鯛,排序出 450 個完整基因組。從基因組中的線索顯示,慈鯛之間曾多次雜交。團隊提出假說指,當地多次的乾旱一再令維多利亞湖乾涸,其餘河道中的慈鯛則獨立演化,直至濕潤期間這些不同慈鯛再次匯集於維多利亞湖之中;而這種「分開 — 融合 — 分開」的過程每次都能使慈鯛的遺傳多樣性恢復過來。

在大約 1.5 萬年前,這三組本身是古代慈鯛雜交產物的魚,再次匯集於維多利亞湖次中。牠們的祖先基因為天擇提供了「既有變異 (standing variation) 」,以幫助慈鯛適應一系列不同生境,製造出今天所看到的 500 種慈鯛。 Seehausen 指,雜交可能是製造出新物種和物種有新適應力最強大的發動機。

在其他物種的研究也顯示,「既有變異」可以加快演化速度。例如曾有學者發現,海洋棘背魚如何快速適應到於淡水中生活,是因為其祖先已有低百分比的關鍵基因變異。在會議上亦有另一團隊指,太平洋科隆群島上的長翅甲蟲均變成了短翼甲蟲。不過,加拿大演化生物學家 Andrew Hendry 警告,暫時未清楚古代雜交的角色對演化是否為一種普遍現象。

來源:
Science, Ancient hookups between different species may explain Lake Victoria’s stunning diversity of fish, 9 August 2018

文/Alan Chiu 、審核/Edward Ho

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