动 物

群居型飞蝗为何善于长距离飞行

蝗虫成群的长距离迁飞是造成蝗灾爆发的主要原因，可引发严重的经济损失，以至于因粮食短缺而发生饥荒。蝗灾爆发时，大规模高密度的群居型飞蝗在一个世代内能够聚集飞行超过2000千米，单次最大飞行时间超过10小时。相反，当蝗虫密度低时，零星的散居型飞蝗较少进行长距离迁飞，仅在求偶或躲避天敌时进行短距离飞行。我国科学家通过飞行行为分析发现，蝗虫生长时期的种群密度决定了它们在成虫期的飞行特征。低密度的散居型飞蝗不是不善飞行，而是飞行爆发力强、速度快，但耐力不足，呈现出类似“短跑型”运动员的飞行特征。相反，高密度的群居型飞蝗起飞速度不快，以较低的速度进行长时间持续飞行，呈现出类似“长跑型”运动员的飞行特征。“短跑型”和“长跑型”的飞行特征分别与飞蝗两型的生活学特征匹配。在高种群密度下，“长跑型”的飞行特征有利于群居型飞蝗进行长时间和长距离飞行，有利于保持巨大的迁飞群，以寻找充足的食物和合适的产卵地。零散的散居型飞蝗“短跑型”的飞行特征则有利于飞蝗寻找配偶和快速躲避天敌捕食，因为它们要留居当地繁殖，没有迁飞需求。当种群密度增加时，飞蝗可以改变飞行特征来适应迁飞需要。为什么有这样的调节和转换机制呢？研究人员发现，群居型和散居型飞蝗在使用能量物质种类上没有明显区别，但蝗虫飞行肌中的能量代谢过程差异是两型飞蝗飞行特征和能力分化的主要原因。散居型飞蝗的飞行肌具有较高的能量代谢模式，为其提供了较多的飞行所需能量，但在飞行过程中会产生更多活性氧，从而造成氧化压力积累并抑制其长距离飞行能力。相反地，群居型飞蝗相对较低的能量代谢使其在长时间飞行过程中只产生较少的活性氧，从而维持飞行肌的氧化压力平衡。蝗虫成长过程中经历的种群密度塑造了该飞行特征。飞蝗通过飞行肌能量代谢的可塑性和氧化压力的产生来改变其飞行特征，从而适应未来成虫的生活史。这种适应策略可能在其它昆虫和动物中也存在，给未来的动物飞行适应策略研究提供了新视角。（PNAS, 2022, 118(1), e2115753118）

禄丰古猿牙齿化石反映其食性变化

禄丰古猿（Lufengpithecus lufengensis）是中新世晚期生活在我国云南的一种大型猿类，其化石发现与研究对探讨东亚地区大型类人猿的演化与灭绝、早期人类的起源与发展具有重要意义。禄丰古猿牙齿化石保存丰富，蕴含着许多尚待揭示的信息。科学家基于丰富的禄丰古猿臼齿化石，利用显微CT技术构建禄丰古猿及现代人、现生三类大猿（猩猩、大猩猩和黑猩猩）牙齿的虚拟模型，对上下颌臼齿釉质厚度及其分布特征进行量化分析，并与其他现生和化石灵长类数据进行比较，结果发现：禄丰古猿具有比较厚的臼齿釉质结构，相对釉质厚度位于现代人与猩猩之间，明显比非洲的黑猩猩和大猩猩厚。值得一提的是，禄丰古猿臼齿釉质厚度在牙尖和咬合面明显增厚。禄丰古猿釉质厚度的分布特点与人类更相近，即咬合面和牙尖部釉质厚度明显增厚，牙尖部釉质体量占比高。这一结果提示二者牙齿釉质结构与功能具有趋同的适应性，其系统演化关系有待深入考证。在类人猿和早期人类的漫长演化过程中，生存环境改变与食物适应性对古猿和古人类的生存繁衍产生了重要影响。我国西南地区在中新世晚期具有湿热的森林环境，为禄丰古猿及其他灵长类动物提供了适宜的生存环境。随着青藏高原的隆起和亚洲季风气候的加强，到中新世最晚期，生态环境发生变化，禄丰古猿可能面临季节性食物短缺或食谱转换，在树栖和地栖相间的生活方式中寻找食物。禄丰古猿釉质厚度及分布形态特征表明，它可以适应坚硬而多样的食物资源，食性范围更加多元，可以在季节性食物短缺的情况下扩大食物范围，以利于种群的生息繁衍。牙齿化石记录告诉我们，我国华南地区在更新世时期仍然生存着大量的大型类人猿，包括巨猿和猩猩类动物，而“禄丰古猿的后代是否可以延续到更新世时期”这一科学问题尚待深入考证。（Historical Biology, 2021, 33(10), doi.org/10.1080/08912963.2020.1782395）

古DNA揭示东亚家猪母系遗传历史

动物的成功驯化对人类社会发展具有里程碑式的意义。猪是最早被人类驯化的动物之一，在农业社会中发挥了重要作用。它也是研究动物驯化的重要“模式动物”。至少在10000—8000年前，家猪已在安纳托利亚地区和中国中原地区被分别、独立地驯化。古DNA的研究已证实，安纳托利亚的家猪在约8500年前随着新石器时代早期的农业人口进入欧洲，但进入欧洲的家猪不断与欧洲本地野猪混合，导致欧洲现生的家猪仅保留0—4%的近东祖源成份，几乎被欧洲本地野猪完全替代。然而，东亚的情况与欧洲完全不同。近日，我国科学家获取了42例黄河流域古代猪的高质量的线粒体基因组数据，其年代为7500—2500年前。研究发现遗址中出土的部分中国古代猪（25%，可追溯到新石器时代早期）与一些东亚现代的家猪线粒体基因组类型一样。这表明它们存在母系遗传的连续性，而且至少可以追溯到新石器时代早期。这一结果支持黄河流域作为一个主要的家猪独立驯化中心的结论。此外，研究人员还发现，这些古代家猪和现生家猪的线粒体相似度很高，大多数东亚现代家猪分享较近的线粒体基因组类型，并且群体具有很小的遗传距离值。这说明，东亚家猪可能来源于一个母系遗传多样性本来就低的祖源群体，也可能与家猪选育的过程有关系。系统进化分枝树的分析支持湄公河流域（包括中国西南地区、越南等地）是东亚大部分家猪群体的祖先群体（野猪群体）的来源地，这一区域可能作为末次冰盛期时的生态庇护所，保留了大量的母系遗传类型，所以在所有家猪和野猪群体中拥有最高的遗传多样性。通过古代和现代的线粒体基因组数据进行突变率的推算，发现东亚家猪群体的共同祖先可以追溯到20000年前。全新世以来，家猪群体有两次较大规模的母系有效群体扩增事件，分别开始于大约7000年前和4000年前，扩增现象与东亚的气候环境、外来农畜引入及农业社会形成与发展相联系。这也反映了家猪的母系遗传历史与人类社会发展的紧密联系。（Journal of Genetics and Genomics, 2021, doi.org/10.1016/j.jgg.2021.11.014）

鳄蜥基因组揭示濒危小种群中有害突变清除的机制

濒危动物通常会被隔离成若干小种群，这在一定程度上加剧了遗传多样性的下降和近交风险。目前，选择性清除作用被认为是清除有害突变、缓解近交衰退的主要因素之一。但在自然存在的小种群中，有害突变是否能得到有效的清除还存在争议。鳄蜥（Shinisaurus crocodilurus）是中国的国家一级保护动物，在分类上是独科独属独种，是珍稀的孑遗物种。中国现存的野生鳄蜥的数量约为1000只，仅分布于中国东南部的广西、广东两省。越南的种群估计可能不足200只，仅在越南的东北部有报道。为了研究鳄蜥的演化历史和遗传多样性现状，我国动物学家构建了染色体水平的鳄蜥基因组，并对来自中国和越南的鳄蜥野生小种群的唾液DNA样本进行遗传分析。结果发现，现存的野生鳄蜥存在4个在遗传上分化明显的种群，其中越南种群在大约2万至2.5万年前（末次冰盛期）与中国的种群完全分离。通过对鳄蜥的历史重建发现，鳄蜥的有效种群大小在最近的一千年的时间中不断地下降，使得鳄蜥的遗传多样性降低，有害突变纯合的概率增大。其中，相比于近交程度相对较低的广东林洲顶种群，广西大桂山和广东罗坑种群具有较小的有害突变频率。进一步的模拟研究发现有害突变可以在种群大小下降过程中得到有效的清除，而且种群收缩得越小，清除的速度越快。然而，如果种群长期处在数量比较小的状况下，有害突变最终会逐渐地累积。该研究结合了种群遗传分析以及遗传模拟，发现尽管现存鳄蜥的野外种群遗传多样性较低，但是有害突变得到了有效的清除，说明近交衰退不是影响现存鳄蜥生存的主要因素。但是现存鳄蜥种群都很小且严重破碎化，应该努力增大种群数量，并在必要的时候增加种群间的基因交流，以减小灭绝的风险。该研究同时发现，种群收缩的程度以及种群经历瓶颈效应的时间都会影响有害突变的清除效率，因此研究种群历史对于濒危物种的保护至关重要。（Molecular Biology and Evolution, 2022, 39(1), msab359）