美洲鳄基因揭示进化奥秘 气温决定性别比例

　　

　　美国《发现》杂志5月号发表Jack McClintock写的一篇通过基因研究揭示进化奥秘的文章，题为《美洲鳄告诉你生存进化的每一个奥秘》。作者说，在亿万年的进化过程中，不同的物种经历了不同的命运，有的动物在自然灾难中灭绝了，有的生物为了适应新的环境变成了新的物种，而有些动物却能够经过各种环境变化的而保持不变。美洲鳄就是这样的一种动物，它在2亿年前就已经产生，但今天的美洲鳄和2亿年前的美洲鳄没有什么差别，它们仍然像2亿年前那样生活在地球上。新的研究表明，美洲鳄之所以能够保存至今，是由它的独特的基因决定的。这样说来，其它物种的灭绝、向高级物种的进化等等命运都是由物种的基因所决定的。这就为人们设想未来的进化带来了新的启示。

　　作者去采访专门从事此项研究工作的生物考古学家walt rhodes，当时他的研究小组正在野外考察，作者也亲身体会了利用这种美洲鳄进行生物进化方面的基因研究的过程。

　　美洲鳄生活在美国西南部和密西西比河畔。walt rhodes带着他的小组划着小船在黄浆般的泥水流中前行，靠岸后，他淌着泥浆往前走，边走边说：“一定要保证母鳄不在。”在不远处，熙熙攘攘的火红色大蚂蚁正围绕着一个美洲鳄的巢穴，它由干草筑成，有3英尺高，被太阳烤得发黄。这个巢穴里堆满了鳄蛋。Rhodes的两条腿都淌进了泥浆里，他小心翼翼地把手伸进鳄巢，麻利地把一个塑料卡别在巢穴内的草上，然后又用草把蛋盖住，他在本子上记下了巢穴的位置编号和年代，然后返回气垫船，又到下一个鳄巢。他在密西西比河畔Charleston市北30英里的Santee海岸对一个又一个的鳄巢进行考察。

　　Rhodes是美国南Carolina州野生动物资源管理部门的管理人员，每年夏天，他都要收集几百枚鳄卵，并在他后院的船上孵化，有猎狗看守。从事这项研究的还有Jeffrey Lang，他是南Dakota大学的生物学教授。当小鳄孵化出来时，Rhodes和他的小组人员会记录下幼鳄的性别、个头和重量。他们会采集幼鳄的血样和DNA以确定它们的亲缘关系，然后再把这些幼鳄放回到野外的鳄巢，听到幼鳄的叫声，母鳄就会赶来。

　　美洲鳄过着一种古老而漫不经心的生活，Rhodes说：“它们做得事情很少，它们是冷血动物，所以常常爬到石头上晒太阳，晒得热了以后，再到水里凉快。然后它们会捕食。但是，在恐龙出现以前它们就已经存在，在早已恐龙灭绝以后，它们依然存在。”

　　2亿年以前同美洲鳄一起生活在地球上的动物，今天几乎没有别的动物存在了。那么，美洲鳄是如何经历各种环境和气候的变化生存下来的呢？它们和那些已经灭绝的近亲有什么区别呢？而且更重要的是，对于人类作为一个物种的长远未来，它们的经历又能带来什么启示呢？

　　研究表明，美洲鳄对环境的细微变化极其敏感，环境中如果含有杀虫剂等药物，雄性美洲鳄就会很难繁殖。

　　在野蛮、残酷的史前时代，美洲鳄进化出了厚实的皮甲、大尾巴和长长的牙齿。这些进化成果至今对它们仍然很管用。在孵化出的幼鳄中，只有10%能够长到4英尺长。但是一旦超过了4英尺，这些鳄就可以自由的行动了，不会惧怕猛兽的袭击。如果不被猎人捕获，它们可以长到14英尺长，1000磅，一生要换3000次牙，可以活40年。

　　有一点很奇怪，幼鳄的性别不是由遗传决定的，而是由鳄卵孵化的温度决定的。鳄鱼没有性染色体，极冷或极热的巢穴会孵化出雌性幼鳄，而温和的温度会孵化出雄性幼鳄。有时候一个巢穴内部孵化出来的大都是同一性别的，因为它内部的温度相差不大。研究表明，幼鳄性别比例每年都会有很大的变化，这是因为天气和鳄巢周围环境每年都有很大变化。

　　气温决定性别比例

　　进化理论认为，如果一个物种在性别比例方面不能保持大体的平衡，就很难保证生存。这样说来，如果环境气温变得太高或者太低，都会对美洲鳄的生存构成不利影响。但是，事实上，美洲鳄并不会因此受到影响。这是因为，这种由温度决定孵化性别的性质是与美洲鳄的其它生存能力联系在一起的。这些美洲鳄是冷血动物，它们也可以根据环境调节自己的温度。在气候炎热时，它们体温会变得很高，而且会捕食大量的食物，而在难以捕获食物时，它们由能够躺在地上几个月，一动不动，体温很低，但却仍然活着。

　　研究表明，巢穴的温度也会对幼鳄孵化的其它特征产生影响。比如，对于遗传上完全相同的幼鳄来说，巢穴温度太高就会孵化出畸形幼鳄，也会使孵化速度加快。

　　那么照这样的推测，在6500万年前恐龙遭到灭绝时，是否伴随着气候的的剧烈变化？有的科学家认为，恐龙也是卵生动物，幼龙性别也是由孵化温度决定的，当时由于气温的急剧变化，导致孵化出的幼龙都是雄性或都是雌性，从而导致了恐龙的灭绝。当然这只是一种推测。那么美洲鳄如何能够逃脱这种命运呢？有的科学家认为是因为水，因为美洲鳄可以在大部分时间内生活在水中，水是可以调节温度变化的，水中的气温不会像陆地上那样剧烈变化。

　　也有的科学家认为，美洲鳄的特征介于冷血动物和温血动物之间。它们的体温可以调节到很高的温度，一般的鳄鱼体温虽然也可以升高，但不会升高到这样的高度。

　　基因揭示进化奥秘

　　有一颗孵蛋在摇动，幼鳄即将出壳。Rhodes拿起这颗孵蛋，用尺子量了它的尺寸，又用称称了它的重量。然后他轻轻地敲破蛋壳，幼鳄伸出脑袋发出尖叫。他把这只幼鳄交给了他的学生Lisa Davis。Rhodes每年都要收集20到50枚这样的鳄蛋，但是，他不知道是哪只母鳄下的蛋，也不知道哪只鳄是幼鳄的父亲。Davis是他的博士研究生，她左手抓着幼鳄的脖子，右手正在用注射器从幼鳄身上抽取血样，准备进行DNA测试。她所进行的研究课题，就是想通过分析它们的DNA来回答这种鳄历经2亿年的沧海桑田生存至今的奥秘。她把幼鳄血样注入试管并说：“我们需要弄清楚哪只母鳄在哪个巢穴里，也需要知道每只母鳄一年孵化几次，这对于了解美洲鳄数量变化的规律是至关重要的。”她又说：“同样的一只母鳄是否会返回同一个巢穴？这个问题也需要进一步考察。”对Louisiana地区美洲鳄的研究表明，同一窝雏鳄会有2到3个父亲，她说，现在要搞清楚这究竟意味着什么，会对幼鳄的基因产生什么样的影响。

　　要回答这些问题，也需要对母鳄的DNA进行分析，但是这非常难于做到。因为母鳄是很少在外面活动的，人们很难看到它们，即使看到也是相隔很远的距离。因此，Davis只能从鳄巢中收集母鳄的排泄物和分泌物，希望从巢穴中能够找到足够的母鳄的上皮细胞。

　　Lang说：“还有很多问题需要搞清楚，比如，温度究竟是如何决定幼鳄性别变化的，这是他们研究所的同伴Valentine Lance正在研究的课题。早期的研究认为，温度变化会对幼鳄体内的荷尔蒙分泌量和接受量产生影响，从而影响性别的变化。但Lance现在的研究已经深入到分子和基因层次，他说要得出研究结果还需要一段时间。”

　　Rhodes和Lang现在已经弄明白一件事情，他们知道美洲鳄性别比例每年会有多大的变化。他们利用这些信息来估计美洲鳄数量和地域分布的变化。但是，他们的工作也许对研究人类的进化更有直接的意义，这是因为，美洲鳄是一种标志性的物种，一直以来，这个物种也是处在食物链的顶端。Rhodes说：“如果外面对美洲鳄进行了数年的观察，发现它们的性别比例发生了某种变化，那么肯定是环境发生了某些变化，从而影响到美洲鳄幼鳄的DNA和性别选择。环境中的这些变化也会对人类产生同样的影响。”

　　环境对美洲鳄基因的影响

　　1980年在弗罗里达州Orlando市旁边的发生了一次杀虫剂泄漏事故。当时，由于多日大雨，使一个小的化工厂的储药池里面的杀虫剂溢出，并流进了湖里。如果这样的杀虫剂流到正在孵化幼鳄的巢穴里，由于幼鳄孵化过程中基因受到影响，在应该是孵化出公鳄的温度下也会使幼鳄全都成为雌鳄。1990年动物学家Louis Guillette发现，这个湖里的所有美洲鳄都是雌性化了。雄鳄由于雌性化而不能生育。

　　Guillette说：“如果美洲鳄的基因受到影响，那么人类也会受到影响。但是，它对人类的影响是不同的，因为人类具有不同的性别选择机制。但这种影响在某些方面是相同的。”

　　Guillette在研究过程中得出了不少数据，其中最让人吃惊的是，这种杀虫剂对美洲鳄幼鳄的基因产生的副作用非常大，几亿分之一的的剂量就会产生影响，远远低于先前测试所得的数据。他还发现，如果幼鳄的基因在一个环境中受到雌激素过多的影响，在另一个环境中这种影响就会强化。Ross说：“这些新的发现改变了我们先前对环境破坏性影响的认识。”过去研究环境常常是从测算环境中破坏性因素的累积影响和生物受到破坏的最低剂量。但是，对幼鳄的基因变化的研究表明，环境中只要存在任何剂量的荷尔蒙化合物，都会对幼鳄产生破坏性影响。不过，这种影响在几年之内不会表现出来，在幼鳄的后代身上，就会非常明显。Ross说：“这种情况几乎没有安全阀值，而各种化合物的混合物造成的副作用会比一种化合物大很多倍。”

　　现在，环境污染加剧，人们对此提高了警惕。有人甚至担心认为造成的环境的恶化会危及人们自身的生存。但是，美洲鳄却会照旧地繁衍生息下去，研究人员对此一点也不担心。因为它们独特的基因结构使它们具有极强的适应性，它们会对环境的细微变化产生极强的反应。Rhodes说：“环境一旦发生变化，它们的基本生活方式也会随之变化。它们可以告诉人们地球是否正在变暖。如果它们的生存地狱发生了改变，那就是另一个征兆。”它们在冰川世纪也成功地生存下来。化石表明，在冰川期，它们都向南方迁徙。冰川期过后，它们又迁回北方。(方方/编译)