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大部分莫桑比克非洲象無象牙 長年內戰、偷獵致有缺憾基因更廣傳

在 1977–1992 年的東非國家莫桑比克內戰期間,很多人都殺死非洲象獲取象牙獲利買得軍火。當地 90% 象最終死亡,剩餘的象在是次嚴重生態危機存活下來並誕下新生象,但當中很多雌象都再無生出象牙。最新刊於《科學》的研究發現,當中可能涉及基因問題,其中一個基因更與人類女性牙齒生長異常有關,而該基因在人類或大象身上都是致命的。

另外,雖然當地非洲象演化成無牙,可能免受被獵殺,但也可能會對群族數量產生長期影響。

通常無論雄雌性的非洲象都有象牙,但部分天生就無這種長獠牙,而在猖獗偷獵下,無象牙的少數大象更有可能傳自身的基因傳到下一代。團隊在莫桑比克的 Gorongosa 國家公園正正觀察到這種現象,當地無牙非洲象現時很常見。

更重要是,在園內無人見過無牙的雄性非洲象。

保育良好地區僅 2% 象無象牙

領導研究的普林斯頓大學演化生物學家 Shane Campbell-Staton 指,團隊當時已有預感無論是甚麼基因突變奪走了這些大象的象牙,也會殺死雄性。

為了找出答案, Campbell-Staton 的團隊從長期數據入手,包括 Gorongosa 國家公園在內戰前的大象視頻片段。

團隊計算出,即使在戰前也有近五分之一的雌性無長牙,可能反映了來自早期人類衝突和偷獵的壓力。在保育情況良好地區的大象群族中,無牙率可低至僅 2% ;根據非牟利保育組織 ElephantVoices ,當地戰後一代的雌象有 33% 無險牙。

現時,Gorongosa 國家公園有一半雌性沒有長牙,相信是在內戰中倖存下來的雌性將這種特性傳給了其女兒。數學模型表明,這種變化幾乎可以肯定是「天擇 (natural selection) 」造成,而非偶然僥倖。在內戰的幾十年間,無牙雌象的生存機率是其他象的 5 倍多。

兩基因變異致大象無象牙

各非洲象群族中的無牙模式亦證實了團隊的預感:這似乎是一種主要特徵,並由雌性攜帶,對雄性來說是致命的。換言之,只要有一個無牙基因變異副本,就會令雌性不會長出象牙。這些雌象的女兒有一半機會有象牙,另一半無。然而其兒子,一半會有象牙,另一半則會在出生前死去。

團隊對 11 隻無牙和 7 隻有牙的雌象取得基因組並進行測序,以尋找兩者之間的基因差異。團隊亦搜索了基因組中顯示最近期天擇特徵,而無隨時間出現隨機 DNA 重組的位置。

團隊最終發現了兩個相關的基因。該兩個基因分別稱為 AMELX 與 MEP1a 原本都有助象牙生出,包括琺瑯質、牙本質、牙骨質和牙周組織的形成。不過, AMELX 位於 X 染色體上,並與罕見的人類綜合症相關,會令帶 AMELX 的女性牙齒變小或畸形,特別是類似於大象獠牙的上顎犬齒。

除此之外, AMELX 會導致人類男性死亡,因為 AMELX 源於 DNA 組缺失,當中不僅包括牙齒基因,還包括附近的其他生存關鍵基因。無象牙現象的增加可能不僅會影響個別大象,還會影響整個群族,因為出生的雄性越來越少。

Campbell-Staton 指,在大象基因組中,暫不知道兩個基因中哪一個直接導致象牙消失的確切變化是什麼,這將會是團隊接下來想搞清楚的其中一件事。另外,團隊也想了解無牙象族群的生活有何不同,因為大象通常用象牙剝樹皮作為食物,挖洞取水並保護自己。

為何基因仍流傳?

無參與研究的伊利諾伊大學遺傳學家 Albert Roca 形容這種由人類造成的基因變化速度「驚人」,但也引發很多問題,例如為何在莫桑比克內戰前與無偷獵情況下,對雄性致命的顯性基因會在群族中持續存在;這樣的基因應該會消失,因為無該基因的雌性會生出更多後代。他猜測, Gorongosa 地區數千年來斷續出現偷獵浪潮,該基因可能偶爾提供了好處。

另一無參與研究的科羅拉多州立大學野生動物生態學家 George Wittemyer 則指,類似現象是否曾在很久前於亞洲出現,因為該地區的大象化石不論雌雄都有象牙,但現存的亞洲象只有雌性帶象牙。

來源:
The New York Times, Tuskless Elephants Escape Poachers, but May Evolve New Problems, 21 October 2021
Science, Civil war drove these elephants to lose their tusks—through evolution, 21 October 2021

報告:
Campbell-Staton, S.C., Arnold, B.J., Gonçalves, D. & et al. (2021). Ivory poaching and the rapid evolution of tusklessness in African elephants. Science. Vol374 Issue6566, pp.483-487. doi: 10.1126/science.abe7389

文/Alan Chiu

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