对肯尼亚南部野生狒狒的新基因分析显示,它们中的大多数在DNA中都有杂交的痕迹。杂交的结果是,它们大约三分之一的基因组成是由另一个近亲物种的基因组成的。
这项研究是在肯尼亚安博塞利国家公园附近的一个地区进行的,在那里,黄狒狒偶尔会与生活在西北部的阿努比斯狒狒邻居相遇并混合在一起。
自1971年以来,研究人员几乎每天都对这些动物进行监测,记录它们何时与外界交配,以及由此产生的后代在其一生中的表现。这是安博塞利狒狒研究项目(Amboseli狒狒研究项目)的一部分,该项目是世界上持续时间最长的野生灵长类动物实地研究之一。
黄狒狒有黄棕色的皮毛,脸颊和腹部是白色的。阿努比斯狒狒的毛是绿灰色的,雄性狒狒的头周围有浓密的鬃毛。虽然它们是140万年前分化出来的不同物种,但它们可以在它们的活动范围重叠的地方杂交。
所有人都说,这些联盟的后代管理得很好。50年的观察没有发现明显的迹象表明杂交品种比同类品种更糟糕。有些甚至比预期的要好:在基因组中携带更多阿努比斯DNA的狒狒成熟得更快,形成了更牢固的社会关系,雄性狒狒更能成功地赢得配偶。
但8月5日发表在《科学》杂志上的一项新的基因研究表明,外表可能具有欺骗性。
杜克大学教授Jenny Tung与她的博士生Tauras Vilgalys和Arielle Fogel一起领导了这个项目,她说,这项研究揭示了地球上物种的多样性是如何在物种之间的基因界限模糊的情况下保持的。
福格尔是杜克大学遗传学和基因组学项目的博士候选人,他说,物种间交配在动物中非常普遍。大约20%到30%的类人猿、猴子和其他灵长类物种会进行杂交,将自己的基因与其他物种杂交。
即使是现代人也携带着来自现已灭绝的亲戚的混合基因。在我们的基因组中,有2%到5%的DNA指向过去与尼安德特人和丹尼索瓦人的杂交,我们的祖先在从非洲迁移到欧洲和亚洲的过程中遇到并与之交配的古人类。这些联系留下的遗传遗产至今仍然存在,影响着我们患抑郁症、血栓、甚至烟草成瘾或COVID-19并发症的风险。
研究人员想要了解这种基因混合在灵长类动物(包括人类)身上可能带来的成本和收益。但现代人类在数万年前就停止了与其他古人类的杂交,当时除了我们人类之外的所有物种都灭绝了。然而,安博塞利的野生狒狒使研究仍在进行的灵长类动物杂交成为可能。
研究人员分析了跨越9代的440只安博塞利狒狒的基因组,寻找可能从阿努比斯移民那里遗传的DNA片段。
他们发现,今天肯尼亚南部安博塞利盆地的所有狒狒都是一个混合体,阿努比斯的DNA平均占它们基因组的37%。由于最近发生的杂交,在过去的七代内,一些人有非奴性祖先。但对其中近一半的人来说,这种混合发生在更早的时候,几百到几千代以前。
现在是芝加哥大学博士后的Vilgalys说,在这段时间里,数据显示,阿努比斯的某些DNA片段对继承它们的混血儿来说是有代价的,影响了它们的生存和繁殖,以至于这些基因不太可能出现在它们后代的基因组中。
他们的研究结果与人类的基因研究一致,表明我们的早期祖先也为杂交付出了代价。但尼安德特人和丹尼索瓦人的基因究竟造成了什么伤害,很难从有限的化石和DNA证据中梳理出来。
研究人员说,安博塞利的狒狒为杂交的成本提供了线索。通过RNA测序来测量狒狒血细胞中的基因活性,研究人员发现,自然选择更有可能淘汰那些充当开关的借来的DNA,这些DNA可以打开和关闭其他基因。
福格尔说,下一步是更精确地确定最终影响这些杂交狒狒生存和繁殖能力的因素。
Vilgalys说,基因组数据使研究人员能够回顾更多的世代,并研究在现场无法直接看到的历史过程。
“但你需要观察动物本身,才能理解基因变化的真正含义,”董说。“你需要实地调查和遗传学来了解整个故事。”
“我们并不是说这就是尼安德特人和丹尼索瓦人的基因对人类的影响,”现就职于德国马克斯·普朗克进化人类学研究所的Tung补充道。“但狒狒的案例清楚地表明,杂交成本的基因组证据与动物不仅存活下来,而且经常茁壮成长是一致的。”
本研究得到了美国国家科学基金会(NSF IOS 1456832, BCS-1751783, BCS-2018897, DGE #1644868),美国国立卫生研究院(R01AG053308, R01AG053330, P01AG031719, R01HD088558, T32GM007754),利基基金会和北卡罗来纳州生物技术中心(2016-IDG-1013)的资助。
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