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如果持續(xù)給柯基剪尾,千百萬(wàn)年后,是否能像人類那樣退化掉尾巴?

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這個(gè)問(wèn)題看起來(lái)像典型的獲得性遺傳(inheritance of acquired characteristics

關(guān)于獲得性遺傳,有一個(gè)經(jīng)典的蘇聯(lián)笑話:

李森科有一次在會(huì)議上宣揚(yáng)他的「獲得性遺傳理論」,在場(chǎng)的生物學(xué)家們都敢怒不敢言,朗道路見(jiàn)不平一聲吼,站起來(lái)裝出一副謙虛的樣子問(wèn):“我外行不懂,但您的意思是不是說(shuō),如果我們割掉每一代牛的耳朵,總有一天能培養(yǎng)出一種不長(zhǎng)耳朵的牛?”“是這樣的。”李森科回答。“很好。”朗道恍然大悟,“既然如此,為啥每個(gè)女性生下來(lái)都有處女膜呢?”全場(chǎng)哄堂大笑。

柯基剪尾這個(gè)問(wèn)題,其實(shí)和典型的獲得性遺傳并不完全相同。

雖然拉馬克的「獲得性遺傳」早被掃進(jìn)垃圾堆近200年……



但不要忘了,決定種群演化的不僅有「自然選擇」,還有「遺傳漂變」。

哪怕沒(méi)有選擇壓力來(lái)篩選突變基因,也會(huì)因?yàn)檫z傳漂變而發(fā)生演化現(xiàn)象。

通俗點(diǎn)來(lái)說(shuō),對(duì)于任何種群,某種基因的頻率總是隨著一代代繁衍的過(guò)程中,不斷隨機(jī)波動(dòng)。頻率小的基因,可能因?yàn)槟骋淮纳倭總€(gè)體偶然沒(méi)有生育,最終徹底消失。



遺傳漂變作用的大小,和種群大小息息相關(guān)。

種群越大,漂變?cè)饺酰叫∑冊(cè)綇?qiáng),基因越容易消失。這是因?yàn)楸旧矸N群足夠小時(shí),低頻率基因個(gè)體會(huì)更加稀少,沒(méi)有后代的偶然性更高。

人類的「線粒體夏娃」以及「Y染色體亞當(dāng)」現(xiàn)象,便是遺傳漂變導(dǎo)致的。

雖然尾巴對(duì)于狗來(lái)說(shuō)是優(yōu)勢(shì)性狀,但對(duì)于一出生就剪尾的柯基來(lái)說(shuō),有尾的基因是傾向于中性的。

雖然養(yǎng)柯基的人不少,但作為人類在短時(shí)間雜交出來(lái)的純種狗(大約1000年前,瑞典牧羊犬培育而來(lái) ),柯基的遺傳多樣性是很低的。

如果柯基局限在一定范圍內(nèi)交配,例如,局限于某個(gè)街道、鎮(zhèn)鄉(xiāng),進(jìn)行長(zhǎng)達(dá)百萬(wàn)代的繁殖,都沒(méi)有引入外來(lái)柯基的基因,那么這個(gè)社區(qū)的柯基基因就會(huì)發(fā)生非常典型的遺傳漂變現(xiàn)象。

而決定有尾和無(wú)尾,并不需要多大的基因變化。

2019年開(kāi)始的一項(xiàng)研究[1][2],揭示了Tbxt基因突變,對(duì)尾巴有無(wú)的影響。

類人猿在進(jìn)化過(guò)程中,TBXT基因被轉(zhuǎn)座子所插入,從而改變了TBXT基因的表達(dá),導(dǎo)致尾巴的消失。

  • 生物基因中存在大量的轉(zhuǎn)座子(也即跳躍基因,占比10%),可以從一個(gè)點(diǎn)位插入到另外一個(gè)點(diǎn)位。轉(zhuǎn)座子插入,在隨機(jī)突變中,常常發(fā)生。



突變后的TBXT基因,可以表達(dá)一長(zhǎng)一短不同的mRNA,研究者通過(guò)不同的雜合mRNA配比,改變老鼠基因的表達(dá),最終讓老鼠退化,長(zhǎng)出了不同長(zhǎng)短的尾巴。



狗和很多哺乳動(dòng)物的尾巴長(zhǎng)短,也和TBXT等基因有關(guān)[3]。

雖然現(xiàn)存短尾柯基犬,有可能是人的審美選擇壓造成的。但無(wú)論從基因上,還是育種現(xiàn)象上,都反映了柯基尾巴退化的突變成本,并不是特別大。

除此之外,連鎖遺傳也能影響無(wú)尾化發(fā)展:

相同染色體上的其它基因發(fā)生嚴(yán)重不利突變,可能讓決定尾巴發(fā)育的相關(guān)基因,一同消失。如果無(wú)尾基因和一個(gè)非常典型的優(yōu)勢(shì)基因綁定,也有概率導(dǎo)致無(wú)尾化。

單純從遺傳原理上來(lái)看,只要繁殖代系足夠的多,遲早會(huì)出現(xiàn)無(wú)尾的柯基(當(dāng)然,這里是偶然性的個(gè)體)。如果一直保持足夠小的種群,或者制造人為的種群瓶頸,那么就可能不經(jīng)過(guò)選擇壓力,獲得無(wú)尾的柯基種群。

當(dāng)然,這是講概率的。

至少關(guān)于題主的疑問(wèn),答案是:

可能會(huì),也可能不會(huì)。

而不會(huì)是絕對(duì)的否定。

當(dāng)種群足夠大時(shí),這個(gè)概率會(huì)比較低。而當(dāng)種群足夠小,發(fā)生的概率就會(huì)變得比較高。

如果我們把人類自身種群的變化考慮進(jìn)去,無(wú)尾柯基出現(xiàn)的概率,可能并不會(huì)太低。

畢竟題主的預(yù)設(shè)是上百萬(wàn)年,甚至上千萬(wàn)年,人類在7萬(wàn)年前就曾出現(xiàn)過(guò)種群瓶頸,人口可能低至2000人(通常認(rèn)為在1000~1萬(wàn)人的范圍,某些種群曾一度低至150人)[4][5]。通過(guò)奠基者效應(yīng),一些小族群可能在未來(lái)發(fā)展成絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)族群。


遺傳漂變與奠基者效應(yīng)

雖然無(wú)法保證1000萬(wàn)年后,人類自身還存不存在,但想必在如此長(zhǎng)的時(shí)間跨度,出現(xiàn)非常大種群波動(dòng)的概率是非常大。

柯基隨著人類種群不斷變化,如果這個(gè)過(guò)程人們依舊不忘了持續(xù)給柯基剪尾,柯基因遺傳漂變而無(wú)尾化的可能性就會(huì)越來(lái)越大。

其實(shí)遺傳漂變也能解釋一些特殊演化現(xiàn)象。

例如,生活在卡拉哈里沙漠地下水深處的盲眼金鯰魚(yú)。因與世隔絕在地下,視力完全退化,只能依靠觸覺(jué)為生。





不僅僅是盲眼金鯰魚(yú),幾乎所有的動(dòng)物,進(jìn)入黑暗環(huán)境,進(jìn)過(guò)漫長(zhǎng)的代系繁衍都會(huì)出現(xiàn)視力退化的現(xiàn)象,有的甚至完全退化掉了眼睛。

這種現(xiàn)象,很容易被理解成「用進(jìn)廢退」

但這其實(shí)是典型種群瓶頸下的遺傳漂變現(xiàn)象。

在正常環(huán)境中,動(dòng)物的眼睛原本是優(yōu)勢(shì)性狀,但在黑暗環(huán)境里卻成了中性(考慮到耗能問(wèn)題,如果食物獲取有限,也會(huì)是劣勢(shì))。

隨機(jī)中性突變的積累,不利于視力的基因也能遺傳下來(lái)。經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)代的基因突變后,有利于視力的基因百分比會(huì)越來(lái)越低,最終整個(gè)群體視力好的就會(huì)越來(lái)越少。由于種群規(guī)模小,僅僅因?yàn)橐馔饩涂赡茏尭咭暳€(gè)體滅絕,從而最終給人一種視力退化的現(xiàn)象。

一般來(lái)說(shuō),進(jìn)入黑暗環(huán)境的都是較小的孤立種群,具有非常突出的遺傳漂變。比起大種群,眼睛可能會(huì)比較快的發(fā)生退化現(xiàn)象。

為了避免理解性的誤導(dǎo),這里再?gòu)?qiáng)調(diào)下:

  • 這個(gè)過(guò)程,本質(zhì)上是遺傳漂變作用下,原本的優(yōu)勢(shì)基因變成中性后,偶然性漫長(zhǎng)積累下的必然淘汰過(guò)程(從數(shù)學(xué)上來(lái)說(shuō),始終有不發(fā)生的可能性,只不過(guò)隨著不斷繁衍,不發(fā)生的概率會(huì)越來(lái)越低,往往事實(shí)上發(fā)生)。這依舊符合演化論的基本原理,和拉馬克用進(jìn)廢退有著本質(zhì)區(qū)別。

人給柯基剪尾的過(guò)程,也讓優(yōu)勢(shì)的尾巴變成了中性,從而更容易在小種群中,因遺傳漂變而發(fā)生退化現(xiàn)象。



當(dāng)年,李森科在蘇聯(lián)學(xué)界翻云覆雨時(shí),遺傳漂變?yōu)榛A(chǔ)的中性演化理論尚未建立,他是典型撿起了拉馬克的糟粕。

關(guān)于不斷割掉牛耳,無(wú)數(shù)代后能否產(chǎn)生無(wú)耳牛的問(wèn)題,其實(shí)和本問(wèn)題類似,都是看種群大小和概率(李森科的是必然論),當(dāng)然耳朵也需要在出生時(shí)就割掉,避免任何后天潛在優(yōu)勢(shì)選擇壓。同時(shí)也需要足夠多的代系,多到遺傳漂變能夠自然發(fā)生。

至于朗道反問(wèn)的「為什么女人在出生時(shí)都是處女」,特殊生理構(gòu)造不因貼貼而變化,其實(shí)可以通過(guò)進(jìn)化心理學(xué)解釋,這里不是重點(diǎn),也就不進(jìn)行深度討論了。

總之,題主的提問(wèn),并不能輕率全盤否定。

不同的附加條件可能截然不同的結(jié)果。對(duì)于非常大的種群來(lái)說(shuō),某一高頻中性性狀經(jīng)過(guò)非常漫長(zhǎng)的代系都不會(huì)消失,但卻會(huì)因?yàn)橹行酝蛔兊姆e累,變得和初代越來(lái)越不同,大概率很長(zhǎng)一段時(shí)間成為一種演化殘留。而小種群,甚至一些優(yōu)勢(shì)基因都能被漂變掉。

  • 例如,人體身上就存在很多可有可無(wú)的演化殘留(例如闌尾、耳尖、耳瘺管等)。某些殘留,可能會(huì)因?yàn)槲磥?lái)的某次種群瓶頸而消失,但對(duì)于如今如此大規(guī)模的人類族群來(lái)說(shuō),一般認(rèn)為長(zhǎng)時(shí)間,是不會(huì)有多大變化的。

參考

  1. ^The genetic basis of tail-loss evolution in humans and apes Bo Xia, Weimin Zhang, Aleksandra Wudzinska, Emily Huang, Ran Brosh, Maayan Pour, Alexander Miller, Jeremy S. Dasen, Matthew T. Maurano, Sang Y. Kim, Jef D. Boeke, Itai Yanai bioRxiv 2021.09.14.460388
  2. ^Xia, Bo, et al. "On the genetic basis of tail-loss evolution in humans and apes." Nature 626.8001 (2024): 1042-1048.
  3. ^Raymond, Patrick W., Brandon D. Velie, and Claire M. Wade. "Forensic DNA phenotyping: Canis familiaris breed classification and skeletal phenotype prediction using functionally significant skeletal SNPs and indels." Animal Genetics 53.3 (2022): 247-263.
  4. ^Shriner, Daniel, et al. "Ancient human migration after out-of-Africa." Scientific reports 6.1 (2016): 26565.
  5. ^López, Saioa, Lucy Van Dorp, and Garrett Hellenthal. "Human dispersal out of Africa: a lasting debate." Evolutionary Bioinformatics 11 (2015): EBO-S33489.

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