目前物種滅絕的速度大約是背景滅絕(注:指沒有人類活動而產生的環境變化時,物種的自然滅絕)速度的1000倍,并且這可歸因于人類的影響、生態和人口的波動,以及由于小種群所致的近親繁殖。種群急劇衰退(RPD)的速度和起始日期,可以提供關于“在瀕危物種中種群衰退的驅動力”的重要線索,但一般都是未知的。
11月21日,在《PNAS》雜志發表的一項研究中,來自中科院昆明動物研究所、中科院上海生命科學研究院、云南大學、芝加哥大學和美國圣地亞哥動物園包含研究所等處的研究人員,分析了2764種脊椎動物的遺傳多樣性數據。他們的群體遺傳學模型表明,在許多瀕危脊椎動物物種中,RPD平均始于第十九世紀后期,瀕危脊椎動物種群的平均實際大小只有祖先種群大小的5%。作者估計,在瀕危脊椎動物物種中,每10年就有大約25%的種群衰退。
中科院昆明動物研究所的張亞平院士(Ya-Ping Zhang),美國科學院院士、芝加哥大學的李文雄(Wen-Hsiung Li)和云南大學特聘教授、德克薩斯大學的符云新(Yun-Xin Fu)教授,是本文共同通訊作者。延伸閱讀:張亞平院士Nature子刊解析高原適應性機制;張亞平、吳東東Cell Res解析高原適應遺傳機制;張亞平研究組Cell Res揭示家雞視覺退化的遺傳機制。
雖然生物多樣性保護對于人類社會可持續發展是極為重要的,但是,種群急劇衰退(RPD)還是很普遍的。當RPD發生時,伴隨著遺傳多樣性的喪失。遺傳多樣性反映在個體之間的遺傳差異,對于種群適應不斷變化的環境,是必不可少的。RPD的開始日期和速度,可為瀕危物種的有效保護提供有用的信息,并且對于提升公眾對環境變化這一威脅的認識,也是很重要的。然而,這兩個關鍵參數是難以估計的,因為幾乎沒有關于“超過數百年的種群規模”的時間序列數據。對于大多數物種來說,種群大小僅可追溯到40年,因此,一種替代性的方法就是,利用數學建模估算RPD的開始日期和速度。
我們通過全基因組DNA多態性數據,可以推斷出數千年來一個物種的種群大小的變化。然而,推斷RPD的事件仍然是一個艱巨的技術挑戰,在典型的可觀察的多態性時間尺度上,因為這樣一個事件的信號是很弱的。為了克服來自單個物種的遺傳學數據的有限分辨力,該研究小組提出了一種方法,可根據來自許多物種的集體支持得出結論。這種方法的核心前提是,成千上萬的物種滅絕的威脅,主要是由于以往導致可用棲息地和資源顯著枯竭的一個共同原因。
在本研究中,該研究小組分析了2764個脊椎動物物種的細胞核和線粒體位點的遺傳多樣性數據,并發現,在瀕危物種中的平均遺傳多樣性,低于非瀕危的近緣種。他們通過聚合建模發現,在許多瀕危物種中,RPD開始于大約123年前。這一估計的數據,與過去兩個世紀廣泛的工業化進程和全球生態系統的深刻變化相一致。一個瀕危物種的平均種群規模每10年下降了大約25%,其種群規模下降到了其祖先種群的大約5%。
此外,瀕危物種的祖先種群規模,比非瀕危物種的平均規模小約22%。由于RPD的時間周期短,RPD對于遺傳多樣性的累積效應仍然不強,因此,瀕危物種的較小祖先規模,可能是它們遺傳多態性降低的主要原因;RPD可解釋瀕危和非瀕危物種之間遺傳多樣性大約24.1%至37.5%的差異。
注:張亞平,博士,研究員,中國科學院院士,發展中國家科學院院士。現任中國科學院副院長、昆明動物研究所遺傳資源與進化國家重點實驗室主任和分子進化與基因組多樣性學科組負責人;兼任中國遺傳學會和中國動物學會副理事長,國際重要刊物Genome Biology and Evolution、Animal Genetics副主編,Human Molecular Genetics、Scientific Reports編委。2008年作為首席科學家發起了國際生命條形碼――中國計劃,并使中國成為國際生命條形碼計劃四個中心節點中唯一的亞洲國家。主要從事基因組多樣性研究。在建立具有國際影響的人群和動物DNA庫的基礎上,澄清了靈長類、食肉類、兩棲爬行類等動物類群系統與演化中的一些重要問題。
李文雄教授是分子進化生物學研究領域著名的科學家,他主編的《Molecular Evolution》一書成為分子進化領域的經典著作。李文雄院士一直活躍于進化生物學、人類遺傳學、基因組學等研究領域的國際前沿,曾獲遺傳學和演化學領域最高國際殊榮“巴仁獎”(Balzan Prize)和英國遺傳學會頒授2009年門德爾獎章,現受聘為芝加哥大學生態演化系James D. Watson教授、臺灣生物多樣性研究中心特聘研究員兼主任。截止2011年他在Science, Nature, Nature Genetics, Am J Hum Genet, PNAS等國際著名學術刊物上發表論文300多篇。
符云新教授1982年畢業于中山大學,1986-1988年在英國雷丁大學從事生物統計學研究,獲博士學位,1988-1991年分別在英國國家醫學研究院、美國佐治亞大學、德克薩斯大學從事博士后研究。2001年獲聘為德克薩斯大學人類遺傳學研究中心終身教授。2003年獲聘為中山大學客座教授。符教授主要從事計算生物學研究, 包括分子群體遺傳學和分子進化,在群體遺傳學和理論進化遺傳學界有很高聲望。