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2024-11-11從雜交帶發現物種形成的祕密 種間雜交與基因漸滲 659 期

Author 作者 郭金泉 | 國立臺灣海洋大學水產養殖系退休教授

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• 種間雜交普遍存在於魚類中,且不僅由人為干擾引起。藉由DNA 分析技術,科學家發現魚類演化過程廣泛存在種間雜交和基因漸滲現象。
• 20 世紀後,DNA 定序技術讓科學家對基因漸滲和雜交有了新理解,例如本鰕虎魚類的祖先雜交而演化出多樣化的物種。
• 人類活動導致大規模生物遷移,因而引起雜交問題,對生物多樣性的維持造成威脅,需要積極應對。


儘管在魚類中的種間雜交現象屢見不鮮,但過去一般認為這種現象是由於人為干擾等環境變化才偶然會發生。然而,隨著DNA 分析技術的進步,科學家已清楚地了解到在各種魚類的演化過程中,廣泛存在著種間雜交和基因漸滲的現象。


影響演化的因子-種間雜交和基因漸滲

種間雜交(hybrid)是指異種兩性交配產生的雜交種,可能僅產生不育的第一子代(F1)。若僅產生不育的雜交種,則可能會對繁殖產生干擾,成為瀕危物種滅絕的因素。而基因漸滲(introgression)則是指透過回交(backcross)導致不同物種的等位對偶基因(或單倍型)進入群體內的現象,這種現象被認為會影響適應性演化和物種分化。

基因漸滲是物種演化過程中的一種現象,一般只會出現在近緣物種或分化不完全的物種間。基因漸滲造成的一項影響是在形態學上產生物種之間的過渡形態,這對形態分類學帶來了困擾。然而,從物種演化的角度來看,基因漸滲可以為自然選擇提供新的原料和素材,使雜交後代能夠適應新的生活環境,最終可能導致新物種的形成及現有物種的滅絕消亡。

雖然種間雜交在各種情況下都會發生,特別是在被稱為雜交帶的地區,此地的特點是近親物種(或遺傳上不同的同種族群)的地理分布重疊,從而導致雜種的產生。雜交帶中存在著各種族群社會結構,對分散能力強的陸地動植物和沿海魚類來說,已發現透過個體遷移和對雜種的選擇平衡來維持雜交帶的例子。這種結構被稱為「(生物的)群落交錯區」。然而,在純淡水魚類的情況下,由於棲息地在水系中分隔,因此很少發生來自周邊地區的個體遷移至雜交帶。雜交種群體容易在孤立的雜交帶中形成,並且在染色體加倍等過程後,可能會形成生殖隔離,進而產生獨立的物種。若一個物種於雜交帶滅絕,但牠的基因漸滲到倖存的物種中,則被稱為「幽靈」(ghost),並留下了雜交的痕跡(圖一)。


圖一|透過模型分析推論東海蝦虎魚譜系的形成歷史
(資料來源:延伸閱讀2)


基因漸滲影響演化的證據

在20 世紀後半,隨著生物化學和分子生物學技術的發展,科學家開始更加深入地研究粒線體DNA(mitochondrial DNA, mtDNA)的基因漸滲,進一步了解野生動物的族群結構。科學家注意到,過去利用形態特徵和同功酶分析的族群結構,與mtDNA 系統之間存在顯著的差異。不過,形態特徵和同功酶分析無法確定個別特徵是否是由雜交導致的基因漸滲;相反地,由於mtDNA 是基於鹼基序列,因此可以推斷出「基因系統」。……【更多內容請閱讀科學月刊第659期】