新的基因组测序显示近亲繁殖导致濒危虎鲸数量下降 _基因

新的基因组测序显示近亲繁殖导致濒危虎鲸数量下降Credit: Unsplash/CC0 Public Domain
据美国物理学家组织网（by NOAA Headquarters）：太平洋西北部的南方居留型虎鲸数量少且与世隔绝，这导致了高度的近亲繁殖。根据发表在《自然生态与进化》上的研究，这种近亲繁殖导致了它们的减少，随着周围虎鲸数量的增加，这种减少还在继续。
这项突破性的新研究将现代基因组学与数十年的仔细实地观察相结合。一个国际研究小组填补了我们对为什么南方居留型虎鲸数量减少的理解的一个主要空白。
来自73头鲸鱼种群的最新测序基因组表明，除了人类的影响，如几十年前海洋公园的捕获，近亲繁殖是一个重要的问题。导致它们数量下降的其他众所周知的因素包括干扰、污染物和可能的猎物限制。
通过减少它们的存活率，近亲繁殖可以将鲸鱼的寿命缩短将近一半。如果没有其他种群的基因流入或者环境条件的其他重大改善，近亲繁殖很可能会继续下降。
“这些结果表明，近亲繁殖的衰退会极大地限制濒危种群的恢复，”研究人员总结道。
“这对所有关心这个与西北部联系如此紧密的独特虎鲸种群的人来说都是一个坏消息，”美国国家海洋与大气管理局西北渔业科学中心的研究遗传学家、新研究的主要作者马蒂·考尔多什说。“与此同时，这开始回答长期存在的问题，即为什么实质性的复苏努力没有产生我们希望的结果，以及未来的选择可能是什么。”
南方居留型虎鲸基因组测序
这项研究包括2018年开始的南部居留型基因组测序的第一个主要发现。这项研究是与基因组公司BGI和大自然保护协会合作进行的。
该项目已经解码了大约100头南方居留型虎鲸的DNA ，其中包括一些近年来死亡的虎鲸。它还观察了东北太平洋其他种群的鲸鱼。
“长期以来，我们一直难以理解为什么这个群体的存活率和出生率一直低于该地区的其他虎鲸，这项研究强调了近亲繁殖的个体和死亡风险增加之间的密切联系， ”科学中心的统计学家、该研究的合著者埃里克·沃德说。“这是我们从未有过的观点，它开始填补我们理解上的空白。”

近亲繁殖的衰退会极大地限制恢复。Credit: NOAA Fisheries
应对已知威胁
从历史上看，研究人员一直关注南方居留型虎鲸面临的三大威胁:
鲑鱼猎物的波动有毒污染物来自船舶和其他船只的干扰和噪音
NOAA渔业的2008年恢复计划将近亲繁殖列为一个问题，但直到最近科学家才有技术来衡量它对种群的影响。
新的研究表明，近亲繁殖极大地限制了种群的增长和恢复，使鲸鱼更容易受到其他威胁。西雅图西北渔业科学中心的科学家布拉德·汉森说，这突出了通过恢复鲑鱼栖息地和其他方式解决鲸鱼面临的其他威胁的紧迫性，他领导了对鲸鱼的实地研究。
“鲸鱼不一定死于近亲繁殖本身，它们过早死亡是因为近亲繁殖使它们更容易受到疾病或其他问题的影响， ”他说。“我们需要将这些因素产生影响的可能性降至最低。”
近亲繁殖会缩短寿命
虎鲸大约在10岁时开始繁殖，20岁出头时达到繁殖高峰期。新的分析显示，与近亲结婚最少的个体相比，近亲结婚最多的南方居留型虎鲸活到40岁的几率不到一半。近亲繁殖程度低的雌鲸寿命足够长，一生平均能生育2.6个后代。那些高度近亲繁殖的人在他们较短的生命中平均生育1.6个后代。
为了保持数量的稳定或增加，动物种群必须为每只雌性动物生产至少两只存活的后代。
野生动物管理人员通常通过动物园或水族馆的圈养繁殖，或者通过从其他地区引入动物来增加基因多样性，来解决小种群中的近亲繁殖问题。然而，这不太可能帮助南方居留型虎鲸，他们选择不与其他虎鲸繁殖。众所周知，它们会在自己的水域遇到其他虎鲸，但只在自己的种群中繁殖。
在20世纪60年代和70年代，海洋公园从萨利希海移走了大约50头常驻虎鲸。其他人死于被俘。大多数是南方居留型虎鲸。这减少了已经是一个孤立群体的遗传多样性。这也可能使种群处于竞争劣势，因为东北太平洋的其他食鱼虎鲸种群数量增加了两倍，为鲑鱼猎物带来了更多竞争。
很少有鲸鱼占据主导地位
早期的基因研究由西北渔业科学中心的资深科学家迈克尔·福特领导，他是当前研究的合著者。它表明南方居留型虎鲸经常在他们的家庭群体中交配。2018年的分析发现，自1990年以来，科学家们从中取样的幼鲸中，有一半以上是由两头雄鲸生育的。少数鲸鱼的主导地位阻止了基因混合，而这种基因混合原本可以帮助避免近亲繁殖和适应环境变化。
当时，南部居留型虎鲸种群中76头濒危鲸鱼中只有26头在繁殖。减少种群的有效规模会增加近亲繁殖的可能性，并危及个体动物的生存。这种生存减少导致了种群数量的持续增长，包括从20世纪90年代中期的近100头鲸鱼下降到现在的73头。
科学家们使用模型来预测人口的未来，假设环境条件是过去几十年的平均水平。当他们假设所有鲸鱼和最少近亲繁殖的动物有相同的生存概率时，种群数量增加了。然而，当他们应用近亲繁殖种群的实际生存几率时，这个数字下降了。
沃德说:“认为这仅仅是近亲繁殖造成的下降是错误的。”“在过去的50年里，这个群体受到了多种压力的影响，各种威胁对南方居留型虎鲸的相对影响随着时间的推移而波动。这些综合影响，加上虎鲸的交配系统——只有少数雄性为基因库做出贡献——可能使近亲繁殖近年来成为一个更大的威胁。”