海湿讯|北象海豹“王者归来”！从濒临灭绝到数千头的种群恢复路
本文来源于“海洋与湿地”（OceanWetlands）：
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北象海豹曾经面临着严重的种群瓶颈，其数量一度锐减至几十只。尽管在保护措施下，种群数量有所恢复，但其遗传多样性受到的影响仍然存在。之前对瓶颈种群的研究通常只关注遗传多样性或适应性，很少将两者结合起来研究。所以，科学家们一直很想知道：严重的种群瓶颈对北象海豹的遗传多样性、适应性以及种群活力产生了怎样的影响？是否出现了近亲繁殖抑郁现象？瓶颈事件对北象海豹的基因负荷产生了怎样的影响？
“海洋与湿地”（OceanWetlands）小编注意到，2024年9月，一项由德国、英国和美国科学家合作进行的最新研究揭示了猎杀活动对北象海豹基因的影响。这项研究于2024年9月27日发表在《自然生态与演化》杂志上，该研究表明：北象海豹种群在经历了猎杀导致的濒临灭绝危机后，其基因组多样性受到了持久的影响。
研究表明，20世纪初，北象海豹因过度猎杀而数量锐减，当时种群数量可能不到25只。如此急剧的种群数量下降会降低物种的遗传多样性，增加近亲繁殖的风险，从而危及种群的生存。目前，北象海豹种群数量已恢复到大约22.5万只。这项研究就这种濒临灭绝事件如何影响了该物种的遗传多样性、以及健康状况进行了深入探讨。
研究人员结合了遗传数据、健康记录、种群规模模型和基因模拟进行分析。结果表明，严重的种群数量下降导致了许多有益和有害基因从北象海豹的基因库中消失。而与北象海豹关系密切的南象海豹，由于没有经历过如此剧烈的种群数量下降，因此并未观察到这种“基因丢失”的现象。
来自英国约克大学的研究报告的资深作者Kanchon K. Dasmahapatra教授警告说：“遗传多样性的大幅降低，包括有益基因拷贝的丢失，可能会削弱北象海豹应对未来环境变化的能力，这些变化包括人为气候变化、栖息地改变甚至是疾病爆发等。”
研究人员惊讶地发现，尽管所有个体都携带一些有害突变，但这些突变的影响通常不会显现。但近亲繁殖的个体，可能会因暴露于这些突变而面临健康问题。来自德国比勒费尔德大学的研究报告主要作者Joseph Hoffman教授说：“我们研究了这些海豹的几个关键健康特征，包括体重、脂肪厚度和疾病易感性。令人惊讶的是，我们没有发现与近亲繁殖相关的健康问题。我们认为，严重的种群数量下降可能消除了许多有害突变。”
Dasmahapatra教授表示：“这项研究表明，物种独特的种群历史会塑造其遗传多样性。” 这些发现为物种保护和生态系统管理提供了重要的见解。Hoffman教授补充说：“我们的研究强调了在规划保护策略时，了解物种历史的重要性。每个物种对威胁的反应都不同，因此制定个性化的保护方法至关重要。”
这项北象海豹的研究表明，种群瓶颈事件对物种的影响是复杂的，既有积极的一面（减少遗传负荷），也有消极的一面（降低遗传多样性，减缓恢复速度）。这提示了，保护濒危物种需要综合考虑遗传、生态和种群动态等多方面因素。
感兴趣的“海洋与湿地”（OceanWetlands）读者可以参看全文：
Joseph I. Hoffman, David L. J. Vendrami, Kosmas Hench, Rebecca S. Chen, Martin A. Stoffel, Marty Kardos, William Amos, Jörn Kalinowski, Daniel Rickert, Karl Köhrer, Thorsten Wachtmeister, Mike E. Goebel, Carolina A. Bonin, Frances M. D. Gulland, Kanchon K. Dasmahapatra. Genomic and fitness consequences of a near-extinction event in the northern elephant seal. Nature Ecology & Evolution, 2024; DOI: 10.1038/s41559-024-02533-2
01北象海豹
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北象海豹 (拉丁学名：Mirounga angustirostris；英文名：Northern elephant seal) 是世界上最大的海豹之一，因雄性鼻子巨大，在繁殖季节会膨胀如象鼻而得名。它们主要分布在太平洋东部，从阿拉斯加到墨西哥的下加利福尼亚半岛沿岸。北象海豹是高度社会化的动物，雄性之间为了争夺配偶会进行激烈的争斗。雌性则主要负责抚育后代。历史上，由于过度捕猎，北象海豹曾一度濒临灭绝。经过多年的保护努力，种群数量才得以恢复。
北象海豹是一种非常适应海洋环境的哺乳动物。它们厚厚的脂肪层可以帮助它们在冰冷的海水中保持体温。雄性北象海豹在繁殖季节不吃不喝，完全依靠体内储存的脂肪维持生命。雌性则在繁殖期后会进行长途的觅食，以补充能量。北象海豹是海洋生态系统中的重要一环，它们捕食各种鱼类和头足类动物，同时也为其他动物提供了食物
02 种群瓶颈
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种群瓶颈（Population Bottleneck）是指由于环境变化、过度捕猎、自然灾害等因素导致某一物种的种群数量在短时间内显著减少的现象。这种急剧的减少可能将种群的个体数量缩减到仅有几只或几十只，从而使得物种面临灭绝的风险。这一过程不仅影响个体数量，还对物种的遗传结构产生深远影响。有效种群规模是一个重要的生态和遗传学概念，它不仅考虑个体数量，还考虑个体在繁殖上的贡献。
想象一下，好比一个原本繁荣的村庄，突然遭遇了一场大火，村里的人口锐减，这就是种群瓶颈的一个例子。在种群瓶颈发生后，遗传多样性显著降低，剩余个体的基因库变得狭窄，可能导致许多有益基因的流失。同时，近亲繁殖的概率增加，因为幸存个体之间的亲缘关系较近。这种近亲繁殖可能导致近亲繁殖抑制（Inbreeding Depression），表现为后代健康状况下降、生存率降低和繁殖能力减弱。种群瓶颈还会加剧遗传漂变（Genetic Drift）的影响，使得某些基因突变随机固定在种群中，进一步减少遗传多样性。这使得种群在面临未来环境变化时适应能力下降，难以生存。种群瓶颈是生物多样性丧失的重要原因之一，了解种群瓶颈的成因和后果，对于保护濒危物种、维护生态平衡具有重要意义。
03 有效种群规模
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有效种群规模（Effective Population Size, Ne）是指在一个种群中，实际上对遗传变异和繁殖成功有贡献的个体数量。它与种群的实际个体数量不同，因为有效种群规模考虑了个体之间的繁殖关系、性别比例、遗传变异和其他生态因素。有效种群规模是评估遗传漂变、近亲繁殖和物种长期生存能力的重要指标。
有效种群规模通常比实际种群规模小，这是因为并非所有个体都有相同的繁殖机会。例如，在一个种群中，某些个体可能没有繁殖后代，或者性别比例失衡，这都会影响遗传贡献。此外，若个体的繁殖成功率受到环境、资源和其他生物的影响，有效种群规模也会受到影响。有效种群规模的计算与物种的遗传多样性、适应性和长期生存密切相关。当有效种群规模较小，种群更容易受到遗传漂变和近亲繁殖抑制的影响，导致遗传多样性下降，适应能力降低。因此，了解有效种群规模对制定物种保护和管理策略至关重要。
举例来讲：（1）假设一个岛上有一群小鸟，总数为100只。但是，由于食物资源有限，只有其中的20只雄鸟和20只雌鸟能够成功繁殖。那么，这个种群的有效种群规模就约为40，而不是100。（2）又比如：一个森林中的鹿群为例，虽然有100只鹿，但由于社会等级、栖息地分割和繁殖力差异等因素，只有部分个体能有效参与繁殖。这些因素导致了非随机交配和遗传隔离，使得实际有效的繁殖个体数远小于100。（3）再讲一个植物的例子：在某些植物种群中，种群数量可能非常庞大，但如果其中大多数个体是单性繁殖（如只有雌性或雄性），那么有效种群规模就会显著降低。就好比，假如一个拥有10,000棵植物的种群，如果其中只有1,000棵为雌性，并且这些雌性植物的授粉依赖于外部因素（如风或昆虫），则有效种群规模可能仅为1,000棵；这种不均衡的繁殖机会，会使植物的遗传多样性受限、降低该物种适应新环境的能力。
在本案例中提到的北象海豹（Mirounga angustirostris），在19世纪遭到大量捕猎，种群数量一度下降到仅有几十只。虽然目前它们的实际种群数量已恢复到约225,000只，但有效种群规模却远低于这一数字。
04 词条名
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适应性特征（Fitness Components）是指影响个体在其环境中生存和繁殖成功率的各类生物学特性。这些特征通常包括体重、繁殖能力、疾病抵抗力、寿命、行为表现等。通过这些特征，生物能够更好地适应其生存环境，确保其基因在后代中得以延续，因此适应性特征直接关系到种群的生存和繁衍能力。
举例来说：在北象海豹中，体重和脂肪厚度是重要的适应性特征，直接影响了个体的生存率和繁殖成功率，使其能更好地适应海洋生活环境；又比如长颈鹿的大长脖子，就是它的适应性特征，这个特征使它们能够从树上吃到其他草食动物够不着的高处树叶，只能让其它动物羡慕嫉妒恨。特别是在干旱季节，当地面上的植被资源有限时，这一特征成为长颈鹿的一种竞争优势。
在生态学和进化生物学中，适应性特征的研究有助于理解个体或种群的健康状态及其应对环境变化的能力。比如说，在近亲繁殖或种群瓶颈事件后，个体的适应性特征可能受到遗传多样性下降的影响，导致更高的疾病易感性或生存能力下降，这会对种群的长期生存产生不利影响。
学而思
思考题·举一反三
Q1、在这个研究中的北象海豹的“幸运”，能否复制呢？北象海豹种群在经历了严重的瓶颈后，最终得以恢复，这似乎是一个“幸运”的结果。那么，对于其他濒危物种来说，能否复制北象海豹的“成功”？哪些因素决定了一个物种能否从种群瓶颈中恢复？人类在保护濒危物种的过程中，又该如何提高物种的“幸运”概率？
Q2、遗传多样性的“双刃剑”问题——该研究显示，北象海豹的瓶颈事件既清除了有害突变，也导致了遗传多样性的丧失。那么，遗传多样性对于一个物种的生存来说，究竟是一把“双刃剑”？在保护濒危物种的过程中，我们应该如何平衡遗传多样性的保护和有害突变的清除？
Q3、清除效应的长期稳定性与遗传漂变的相互作用，如何影响一个物种适应能力？在本文的这个研究中，尽管种群瓶颈导致了部分有害突变的清除，提升了北象海豹种群的适应性潜力，但遗传漂变使得一些有害等位基因可能上升至高频或固定。这种清除效应和遗传漂变的平衡，如何在较长时间尺度上对物种适应未来环境变化的能力产生影响？比如说，未来的气候变化或栖息地变迁，可能会如何作用于这一脆弱的遗传结构？
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THE END
海
湿
资讯源 | Bielefeld University, ScienceDaily
编译 | 王芊佳
编辑 | Linda
排版 | 绿叶
【参考资料】
dx.doi.org/10.1038/s41559-024-02533-2
https://aktuell.uni-bielefeld.de/2024/09/27/return-of-the-elephants-seals-from-a-few-to-thousands
https://www.sciencedaily.com/releases/2024/09/240927173545.htm
https://www.fisheries.noaa.gov/species/northern-elephant-seal
https://www.nps.gov/chis/learn/nature/elephant-seal.htm
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