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黔金丝猴物种起源,竟是近亲杂交形成?

新物种如何诞生,是演化最重要的主题之一,正如达尔文代表作的书名《物种起源》(The Origin of Species,也常译作《物种源始》)。随着基因体学带来愈来愈多新知识,人们对物种的想法也不断演变。

2023 年发表的一项研究调查多种金丝猴的基因组,意外发现有一种金丝猴,竟然直接由不同物种合体形成。这是灵长类的第一个案例,动物中也相当少见。

黔金丝猴。图/Current status and conservation of the gray snub-nosed monkey Rhinopithecus brelichi (Colobinae) in Guizhou, China

五种金丝猴的亲戚关系

金丝猴(snub-nosed monkey,学名 Rhinopithecus,也称为仰鼻猴)主要住在中国西南部和东南亚,目前有五个物种。它们的中文名字依照地名,英文名字则多半根据颜色。

古时候金丝猴的分布范围更广,现今五个物种分别为:

*(云南)滇金丝猴(black-white 黑白,学名 Rhinopithecus bieti)

* 缅甸金丝猴(black 黑,学名 Rhinopithecus strykeri)

*(四川)川金丝猴(golden 金,学名 Rhinopithecus roxellana)

*(贵州)黔金丝猴(gray 灰,学名 Rhinopithecus brelichi)

* 越南金丝猴(Tonkin 越南东京,学名 Rhinopithecus avunculus)

五种金丝猴。图/参考资料1

比对五款吱吱的 DNA 差异,可知滇、缅甸金丝猴的亲戚关系最近,川金丝猴则和黔金丝猴较近,但是黔金丝猴明显介于两者之间。黔金丝猴在自己独特的变异之外,仅管基因组整体更接近川金丝猴,也有不少部分和滇、缅甸金丝猴相似。

见到不同物种之间共享血缘,最直觉的想法是,两者的祖先发生过遗传交流。但是详细比对后,研究猿认为还有机率更高的可能性。

最滑顺的剧本是,大约 197 万年前,滇、缅甸金丝猴的共同祖先,和川金丝猴分家;又经过十几万年,约莫 187 万年前,两群金丝猴再度合体,形成一个全新的支系,也就是黔金丝猴的祖先;后来滇、缅甸金丝猴再衍生出两个物种。

这形成如今我们见到的状态:黔金丝猴大约 75% 血缘来自川金丝猴,25% 源于滇、缅甸金丝猴的共同祖先。

四种金丝猴的亲戚关系,与遗传交流。图/参考资料1

灵长类首见,杂交直接形成新物种

或许有人会疑惑,看起来都是共享 DNA 变异,上述说法和“不同物种之间,发生过遗传交流”有何差别?

差别在于,所谓“不同物种之间”,指的是新物种已经诞生一段时间以后,彼此间又发生 DNA 交流,这个一点都不稀奇。例如 A、B 物种间发生关系,变成 A 的遗传背景下,又有一点 B 血缘的物种。

但是黔金丝猴的状况是,新物种之所以诞生,就是不同物种直接合体所致。例如 A、B 物种发生关系,衍生出差异更大,不是 A 也不是 B,足以认定为新物种的 C。

假如重建的剧本为真,这就是首度在灵长类中观察到,不同物种直接合体形成新物种的“hybrid speciation”。可以翻译为“杂交种化”,不过“合体种化”似乎更直观。

哥伦比亚勐犸,想象画面。图/wiki

经由两个物种杂交,直接产生新物种的方式,植物较为常见,哺乳类动物极少。此前古代 DNA 研究认为,已经灭绝的美洲大象“哥伦比亚勐犸”(Columbian mammoth,学名 Mammuthus columbi)是不同勐犸象合体产生的新物种,但是证据没那么充分。

延伸阅读:最早古代DNA,超过一百万年的西伯利亚象

或许没有那么罕见?

直接杂交产生新物种,会很难想象吗?仔细想想,金丝猴的案例可能没那么惊悚,或许还有某种程度的普遍性。

回到当初的情境,所谓“两个物种”在当时其实只分家十万年而已,差异应该仍很有限。是又累积 180 万年的分歧到今日,才显得亲戚之间明显有别。

这边 197 万、187 万、十万年都是根据 DNA 变异的估计,实际数字未必如此。不过顺序大概差不太多,就是首先分出两群,很短的时间后又合体产生第三群,再经历好几倍的时间直到现在。

假如川金丝猴不幸灭团,缺乏样本可供比较,那么黔金丝猴与另外两种近亲,看起来就单纯是 187 万年前分家。

值得注意的是,我们能判断演化树上的不同分枝曾经合流,来自对树形的比对。假如川金丝猴不幸灭团,这棵演化树中我们只剩下三个物种的样本,便会判断黔金丝猴是跟另外两种亲戚分家而成,却完全不会察觉有过合体种化。

这么想来,杂交诞生新物种的现象,或许没那么罕见,只是时光抹去了许多痕迹。

血缘融合,猴毛也是奇美拉

另一有趣的发现是毛色演化。金丝猴现今四个物种,外表的毛色为一大差异。毛色与深色素有关,深色素愈多,毛色会显得愈黑,相对则是愈淡,会呈现白毛、黄毛、金毛。

身为不同演化支系合体的产物,黔金丝猴的毛色也混合两边的风格。头和肩膀的浅色,类似川金丝猴;手脚的深色,则类似滇、缅甸金丝猴。

基因组合体以后,兼具两群影响毛色的基因,形成混合的毛色搭配。图/参考资料1

金丝猴毛的颜色深浅,取决于不同色素的相对比例。棕黑色素(pheomelanin)愈高,毛色愈淡;真黑素(eumelanin)愈高,毛色愈深。例如猴毛中含有大量棕黑色素、少量真黑素,便会呈现金毛。

很多基因有机会影响色素与毛色。分析得知金丝猴们有 5 个基因和毛色关系密切,黔金丝猴的基因组来自两个支系,比对发现,三个基因 SLC45A2、MYO7A、ELOVL4 继承自川金丝猴,两个基因 PAH、APC 则源于滇、缅甸金丝猴。

这些基因如何影响毛色,仍有许多不明朗之处。最明确知道的是,SLC45A2 基因表现降低,会使得棕黑色素产量上升,令颜色变淡。PAH 基因表现增加,可以让颜色加深。

同一只金丝猴不同部位的细胞,同一批基因经由不同调控,就能控制毛色深浅。

这篇文章介绍的演化基因体学分析手法,对许多人大概不算容易,但是这些研究带来的趣味,倒是不难体会。

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