近來古代DNA 大行其道,不過有一類樣本沒那麼古早,材料多半來自博物館,不是太久以前的收藏,稱為歷史DNA(historical DNA)。 這個 2023 年論文的材料便是博物館保存的鳥類「柳鶲(willow flycatcher)」。比較加州的聖地牙哥,一百多年前的樣本,和最近的同類有哪些 DNA 變化。
Historical DNA reveals climate adaptation in an endangered songbird
柳鶲的學名是 Empidonax traillii,住在北美洲,被分類為 4 個亞種:西北部(Pacific northwest)的 brewsteri、美國山地地區(interior west)的 adastus、東部(east)的 traili、西南部(southwest)的 extimus。
這個論文的主角是 extimus,姑且稱為「西南柳鶲」。他們住在美國西南部,如今面臨滅團風險。論文獲得公元 1888 到 1909 年,聖地牙哥 17 件樣本的基因組,和最近 221 件樣本比較。最明確的發現是,一百多年來,聖地牙哥的柳鶲接收大量外來的情慾流動。
和一百年前相比,如今柳鶲繼承的血緣不到一半。其餘似乎來自加州的北邊和東邊,對照現今樣本,最接近加州北邊的奧瑞岡,以及東邊的亞利桑那。聖地牙哥位於加州的南方。加州北邊的族群,遺傳更接近奧瑞岡,和亞利桑那共享的成分明顯較低。
有沒有可能,各地柳鶲的血緣異同,不是近期的情慾流動造成,而是共同祖先的保留血脈所致?論文一番操作後認為,這部分的影響不大。
住在聖地牙哥的柳鶲,和一百年前的同類相比 ,有效族群量較高、個體間的遺傳差異較多,因此外來血脈確實增加惹這兒的 DNA 多樣性。然而,近期近親繁殖的程度上升,也符合聖地牙哥的鳥口下跌之近況。
論文想探討環境與氣候改變,對柳鶲的影響,使用一種叫作 gradient forest analysis 的分析法。這個我沒看過,感覺是結合一堆參數的分析,看看什麼因素影響最大。
分析結果的前兩名是:露點溫度(Dew point temperature)和降雨(precipitation),對 DNA 變異的影響最大。諸君有興趣請自己鑽研,我只簡單講我的理解。
都是柳鶲,住在不同氣候環境中,各有不同的 DNA 適應。假如某 DNA 變異和高溫有關,當柳鶲從低溫遷徙到高溫地區,整體遺傳組成會接近原本的狀態,但是與適應高溫有關的變異,則會變得更接近當地族群的狀態。
適應性的演化,可以粗略分為兩個階段。首先是遺傳變異,能作為天擇的材料;再來是生物配備哪些材料,與環境的糾結。
一個變異本身,對生物不見得是好或壞,要看背景決定。在低溫地區無關利害,中性的 DNA 變異進入高溫地區後,假如有利便會增加存在感,反之則會被天擇淘汰。對當地族群而言,外來的情慾流動,直接增加 DNA 多樣性之外,還會增加可供天擇的材料,讓個體們在原有的應變方案之外,又有更多機會適應環境。
總之就是,聖地牙哥的柳鶲過去一百年來,接收外來的 DNA 變異維持多樣性,也持續適應氣候的變化。但是在人為開發壓迫與環境不利的逆境下,依然面臨滅團風險。
論文短評:
Museum specimens uncover the past, present and future
新聞稿:
Biologists document genome-level climate adaptation in endangered bird species
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