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为什么兽医拿无尾熊没辙?让基因组告诉你答案

一只无尾熊在动物医院里大啖尤加利叶,无尾熊是澳洲联邦政府订定的濒危物种。摄于澳洲昆士兰州毕尔瓦。 PHOTOGRAPH BY JOEL SARTORE, NAT

一只无尾熊在动物医院里大啖尤加利叶,无尾熊是澳洲联邦政府订定的濒危物种。摄于澳洲昆士兰州毕尔瓦。 PHOTOGRAPH BY JOEL SARTORE, NATIONAL GEOGRAPHIC CREATIVE

(神秘的地球uux.cn报道)据美国国家地理(撰文:Alejandra Borunda 编译:涂玮瑛):世界各地的研究人员合作为无尾熊的基因组定序,揭开了一些无尾熊的生物学秘密。

无尾熊是出名的古怪小动物。它们食性专一,依赖澳洲芬芳的尤加利树林生活,靠有毒的尤加利叶维生。它们整天睡觉;幼熊吃母熊的粪便;而且它们罹患的可怕疾病,似乎不会对其他动物造成严重影响。

如今,有个研究团队已完成无尾熊的基因组定序,进一步了解无尾熊如何靠尤加利叶生存、如何嗅出毒素最少的叶子,以及它们为何这么容易罹患某些疾病,例如披衣菌感染。

过去数十年来,无尾熊的数量在澳洲大多地区都快速下降,因为它们栖息的尤加利树林已经为了开发而遭受砍伐,这也助长可怕的疾病散播。

全球一起来

蕾贝卡.强森(Rebecca Johnson)是雪梨澳洲博物馆的保育遗传学家,也是在《自然:遗传学》上发表无尾熊基因组研究的第一作者。州政府官员与开发公司不断打电话联络她,向她请教如何在澳洲各地保护健康且具基因多样性的无尾熊族群。

要回答这些问题,还有什么方法比定序无尾熊的基因组更好呢?她说,如果「想追踪并了解某一物种的基因多样性」,基因组定序是最佳的资讯来源。

所以她召集世界各地的专家组成研究团队,慢慢拼凑出无尾熊的基因拼图。 「进行基因组定序真的需要一大群人同心协力,」强森说:「但想让人研究无尾熊并不是很难,因为它们非常可爱。」

不仅可爱,也非常奇怪。无尾熊靠难以咀嚼的尤加利叶存活,而尤加利叶充满有毒分子,几乎其他动物都无法食用这种植物。不过,无尾熊演化出能快速清除毒素的能力,所以它们能每天吃掉好几磅的尤加利叶也不会生病。

但是尤加利叶所含的热量极少,所以无尾熊一天会花22小时在休息或睡觉上。

强森的团队发现,无尾熊基因组含有解毒蛋白密码的部分,大约是其他哺乳类(含人类)的两倍大。研究人员推测,这个部分的基因,应该是在很久以前意外自行复制。复制成两倍后,演化压力可能使这些额外的基因向新的方向演化,让无尾熊的解毒系统更好,清除不同的尤加利叶毒素时更有效率。

麻省理工学院的研究人员米莉安.希夫曼(Miriam Shiffman)解释说:「这是一种共演化的现象。」她曾研究无尾熊的肠道微生物群系如何帮助消化尤加利叶。尤加利树演化出含有「复杂化学物质混合物」的叶子以避免自己被吃掉,而无尾熊则演化出更好的方法来对付这些化学物质。

超灵敏鼻子

研究团队也了解到了无尾熊如何选择食物。多年来,研究人员已观察到无尾熊会嗅闻树叶,很好奇它们为何会选择吃掉某些叶子,却丢掉其他叶子。研究人员曾怀疑,无尾熊能以某种方式,从树叶的气味察觉每片树叶有毒或营养的程度。

果不其然,他们在无尾熊基因组中控制嗅觉器官的部分,找到大量额外基因。这些基因能帮助无尾熊在不同薄荷味的药用化学复合物中,嗅出细微的气味差异,而正是这些复合物让尤加利叶散发出独特气味。

无尾熊很擅长清除有毒的植物分子,但它们清除毒素的系统也会非常、非常快地清掉许多药物,速度比人类快上许多倍。另外,用于治疗某些疾病的抗生素会干扰无尾熊的肠道微生物群系,影响它们分解尤加利叶的能力,渐渐使它们挨饿。

这让兽医与科学家很难为无尾熊治疗披衣菌感染等疾病,因为科学家用来治疗人类或其他有袋动物的药物都对无尾熊无效。许多研究人员已经花费数年时间,试图开发一种能预防无尾熊感染披衣菌的疫苗。

「整个无尾熊研究社群都在努力开发疫苗……但却受到限制,因为我们不够了解它们的免疫系统。」雪梨科技大学的微生物学家薇拉.休斯顿(Willa Huston)说:「如今我们了解涉及免疫反应的数千个基因,就能用实证与科学来打造标靶疫苗。」

病毒基因偷搭便车

无尾熊也会感染反转录病毒,这种病毒类似于人类免疫缺陷病毒(HIV),会削弱无尾熊的免疫系统,让它们更容易遭受病魔攻击,像是感染披衣菌或罹患癌症。有时这些反转录病毒会悄悄地嵌入遗传密码。研究人员发现,反转录病毒已经在无尾熊的演化史中嵌入数十次,这种偷袭到现在仍持续出现。

目前所有在昆士兰州接受检测的无尾熊,体内都有反转录病毒株,但某些现代病毒株比古代病毒株更具破坏力。强森解释,基因组研究能帮助研究人员追踪病毒株,并为科学家提供基础,以制作出较好的疫苗。

深入研究遗传密码,也可能有助于保育人士了解如何让某些零散且濒危的族群维持基因多样性。

昆士兰州詹姆士库克大学的保育遗传学家夏侬.基尔德森(Shannon Kjeldsen)解释说,目前无尾熊面临许许多多的威胁,而族群内的基因多样性能帮助它们应付不同压力。但如果族群开始近亲繁殖,她说:「整个物种就会愈来愈难应付新的挑战。」如今,生物学家将基因组作为参考,能追踪不同无尾熊族群的状况,也能更了解采取行动的方式与时机。




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