遗传多样性最高的物种是什么?

遗传多样性最高的物种是什么?
新浪科技讯 北京时间6月17日消息,据国外媒体报道,你知道地球上遗传多样性最高的是什么物种吗?有20种颜色的蝴蝶?还是每20分钟就分裂一次、不停发生基因突变的细菌?
  事实证明,目前的记录保持者可能是一种生长在朽木上的菌类。与之相对的是猞猁,它们的遗传多样性非常低。这对猞猁来说可不是个好消息,因为较高的遗传多样性意味着生物可以更好地适应环境,因此对生物是有利的。
  遗传多样性究竟是什么?物种怎样才能提高自己的遗传多样性呢?
  从本质上来说,遗传多样性衡量的是同一种族内出现不同等位基因的概率。DNA由碱基构成,用字母A、T、C、G代表。碱基加上一个支持结构,就构成了核苷酸。遗传多样性可以表达为核苷酸多样性,或者同属某物种的两个生物的基因组中、拥有不同DNA碱基的位置占比。
  2015年发表在期刊《分子生物学与进化》上的一项研究指出,裂褶菌的核苷酸多样性高达20%,是目前已知遗传多样性最高的真核生物(即细胞中拥有细胞核的生物)。换句话说,在两株裂褶菌的基因组中,平均每100个点位上,就有20个点位的DNA碱基彼此不同。这比此前的纪录保持者——布伦纳隐杆线虫还要高,该线虫的核苷酸多样性为14.1%。二者的核苷酸多样性均高于5%,因此均被视为拥有“超高遗传多样性”的物种。大多数动植物的核苷酸多样性都低于此值。例如,人类的核苷酸多样性就仅有0.1%。
裂褶菌是目前已知遗传多样性最高的物种。
  细菌和病毒的遗传多样性一般都很高,但很难把病毒与细菌和真核生物放在一起比较,因为它们属于不同的物种类别。为了简化问题,我们在这里将仅讨论真核生物,即地球上的所有动物、植物和真菌。
  可能影响物种遗传多样性的因素包括突变率、种群大小、以及种群稳定性。遗传多样性是随着突变增加的,因此突变率越高、某个物种发生的突变越多,其遗传多样性就越高。类似地,一个种群规模越大,基因组就越多,因此累积的突变也越多,最终遗传多样性就越高。反过来,某个种群越小,遗传多样性就应当越低。研究遗传多样性的科学家主要关注种群内正在繁殖、能够传递遗传物质的个体数量,由于这类个体在种群内仅占一部分,真正有效的种群规模可能比表面上还要小得多。
  假如某个种群正在经历“瓶颈期”,或是在某起事故中损失了大半成员,那么这个种群会在一段时间内一直保持小规模,但最终总能恢复到之前的大小。但新的种群中的遗传多样性会变得相对较低。现代欧洲野牛就有过这样的经历。它们在一战期间近乎灭绝,野生环境中一度只剩下12头。
  高多样性
  除了南极洲之外,裂褶菌在各个大洲上的遗传多样性都高得惊人。这是因为它们的有效物种规模非常大,可以达到百千万级。它们的突变率也高得离奇,约为果蝇的10倍。这两点因素也许都对裂褶菌的超高遗传多样性做出了贡献。
  布伦纳隐杆线虫的超高遗传多样性或许也可以用较大的有效物种规模(同样为百千万级)来解释。“该物种生活在热带地区,以腐烂果蔬中的细菌为食,全年的食物来源都极为丰富。”它们的个头也很小,只有1毫米长,意味着一处狭小的空间内可以容下多条线虫。由于这些因素,它们的物种规模可以达到超大水平,这也对它们的遗传多样性起到了助长作用。
  遗传多样性很重要,因为它可以帮助生物适应环境。如果某个物种遗传多样性很低,就没有进化操作的“原材料”了。假如某种疾病只会杀死拥有某个特定基因的生物,而某物种又只有这一种等位基因,整个物种便会遭到灭顶之灾。相反,假如该物种还拥有该基因的变种版本,也许某个变种便对这种疾病具有抵抗力,从而使该物种免于灭绝。
  低多样性
伊比利亚猞猁的遗传多样性很低。
  猞猁如今就面临着这样的风险。伊比利亚猞猁的核苷酸多样性仅为0.026%,是已知所有物种中最低的。伊比利亚猞猁的遗传多样性之所以如此低,是因为它们在最近几个世纪里经历了一系列种群发展的瓶颈期,因此有效种群规模一直维持在300以下。当种群规模缩小时,基因突变(也包括有害突变)对整个种群的影响就会变大。例如,假如同样是发生了10个有害突变,包含1000个个体的种群受到的影响就会比只有100个个体的种群要小。因此,当近期经历了瓶颈期、导致种群遗传多样性较低时,有害的基因突变也会随之累积,使种群整体遭到削弱。
  伊比利亚猞猁的超低遗传多样性或许是造成该物种繁殖率低、患病率高的原因,并且这些病很可能是遗传病。这种濒危物种会面临捕猎、栖息地减少(与气候变化和人类发展均相关)、猎物减少等一系列威胁,除了伊比利亚猞猁之外,欧亚猞猁的遗传多样性也很低。
  除了这些威胁之外,猞猁种群规模小还有另外一个原因:它们处在食物链顶端。为了获取足够的食物,捕猎者的种群规模必须比猎物要小。食肉动物数量本来就比较少,再加上猞猁属于独居动物,导致它们的遗传多样性非常低,猎豹的情况也很类似,遗传多样性仅有0.02%。
  尽管人类的遗传多样性(0.1%)比猞猁高得多,但想想全球有几十亿人,这个比例其实相当低。造成这一现象的原因是,这几十亿人都是在相对较短的时间内出现的。而种群内的突变要想累积到一定水平、足以造成遗传多样性,并非一朝一夕之功。
  据估算,近代人类的有效种群规模应为10万级。但对人类种群规模的长期预判则要低上一级,可能为万级。我们的有效种群规模虽不比裂褶菌,但也比伊比利亚猞猁高得多。如果我们目前的人口数量再保持几千年或几万年,我们的遗传多样性也会相应增长。(叶子)