本文來源於「海洋與濕地」（OceanWetlands）：
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編譯：王芊佳
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北象海豹曾經面臨著嚴重的族群瓶頸，其數量一度銳減至幾十只。盡管在保護措施下，族群數量有所恢復，但其遺傳多樣性受到的影響仍然存在。之前對瓶頸族群的研究通常只關註遺傳多樣性或適應力，很少將兩者結合起來研究。所以，科學家們一直很想知道：嚴重的族群瓶頸對北象海豹的遺傳多樣性、適應力以及族群活力產生了怎樣的影響？是否出現了近親繁殖抑郁現象？瓶頸事件對北象海豹的基因負荷產生了怎樣的影響？
圖片來源：www.nps.gov
「海洋與濕地」（
OceanWetlands
）
小編註意到，2024年9月，一項由德國、英國和美國科學家合作進行的最新研究揭示了
獵殺活動對北象海豹基因
的影響。這項研究於2024年9月27日發表在【自然生態與演化】雜誌上，該研究表明：
北象海豹族群在經歷了獵殺導致的瀕臨滅絕危機後，其基因組多樣性受到了持久的影響。
研究表明，20世紀初，北象海豹因過度獵殺而數量銳減，當時族群數量可能
不到25只
。如此急劇的族群數量下降會降低物種的遺傳多樣性，增加近親繁殖的風險，從而危及族群的生存。
目前，北象海豹族群數量已恢復到大約22.5萬只
。這項研究就這種瀕臨滅絕事件如何影響了該物種的遺傳多樣性、以及健康狀況
進行了深入探討。
研究人員結合了遺傳數據、健康記錄、族群規模模型和基因模擬進行分析。結果表明，嚴重的族群數量下降導致了許多
有益和有害基因
從北象海豹的基因庫中消失。而與
北象海豹
關系密切的
南象海豹
，由於沒有經歷過如此劇烈的族群數量下降，因此並未觀察到這種
「基因遺失」
的現象。
來自英國約克大學的研究報告的資深作者Kanchon K. Dasmahapatra教授警告說：「遺傳多樣性的大幅降低，包括有益基因拷貝的遺失，可能會削弱北象海豹應對未來環境變化的能力，這些變化包括人為氣候變遷、棲息地改變甚至是疾病爆發等。」
研究人員驚訝地發現，盡管所有個體都攜帶一些有害突變，但這些突變的影響通常不會顯現。但近親繁殖的個體，可能會因暴露於這些突變而面臨健康問題。來自德國比勒費爾德大學的研究報告主要作者Joseph Hoffman教授說：「我們研究了這些海豹的幾個關鍵健康特征，包括體重、脂肪厚度和疾病易感性。令人驚訝的是，我們沒有發現與近親繁殖相關的健康問題。我們認為，嚴重的族群數量下降可能消除了許多有害突變。」
Dasmahapatra教授表示：「這項研究表明，物種獨特的族群歷史會塑造其遺傳多樣性。」 這些發現為物種保護和生態系管理提供了重要的見解。Hoffman教授補充說：「我們的研究強調了在規劃保護策略時，了解物種歷史的重要性。每個物種對威脅的反應都不同，因此制定個人化的保護方法至關重要。」
這項北象海豹的研究表明，族群瓶頸事件對物種的影響是復雜的，既有積極的一面（減少遺傳負荷），也有消極的一面（降低遺傳多樣性，減緩恢復速度）。這提示了，保護瀕危物種需要綜合考慮遺傳、生態和族群動態等多方面因素。
感興趣的「海洋與濕地」（OceanWetlands）讀者可以參看全文：
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
(拉丁學名：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，在繁殖季節會膨脹如象鼻而得名。它們主要分布在太平洋東部，從阿拉斯加到墨西哥的下加利福尼亞半島沿岸。北象海豹是高度社會化的動物，雄性之間為了爭奪配偶會進行激烈的爭鬥。雌性則主要負責撫育後代。歷史上，由於過度捕獵，北象海豹曾一度瀕臨滅絕。經過多年的保護努力，族群數量才得以恢復。
北象海豹是一種非常適應海洋環境的哺乳動物。它們厚厚的脂肪層可以幫助它們在冰冷的海水中保持體溫。雄性北象海豹在繁殖季節不吃不喝，完全依靠體內儲存的脂肪維持生命。雌性則在繁殖期後會進行長途的覓食，以補充能量。北象海豹是海洋生態系中的重要一環，它們捕食各種魚類和頭足類動物，同時也為其他動物提供了食物
02 族群瓶頸
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族群瓶頸
（Population Bottleneck）是指由於環境變化、過度捕獵、自然災害等因素導致某一物種的族群數量在短時間內顯著減少的現象。這種急劇的減少可能將族群的個體數量縮減到僅有幾只或幾十只，從而使得物種面臨滅絕的風險。這一過程不僅影響個體數量，還對物種的遺傳結構產生深遠影響。有效族群規模是一個重要的生態和遺傳學概念，它不僅考慮個體數量，還考慮個體在繁殖上的貢獻。
想象一下，好比一個原本繁榮的村莊，突然遭遇了一場大火，村裏的人口銳減，這就是族群瓶頸的一個例子。在族群瓶頸發生後，遺傳多樣性顯著降低，剩余個體的基因庫變得狹窄，可能導致許多有益基因的流失。同時，近親繁殖的概率增加，因為幸存個體之間的親緣關系較近。這種近親繁殖可能導致近親繁殖抑制（Inbreeding Depression），表現為後代健康狀況下降、生存率降低和繁殖能力減弱。族群瓶頸還會加劇遺傳漂變（Genetic Drift）的影響，使得某些基因突變隨機固定在族群中，進一步減少遺傳多樣性。這使得族群在面臨未來環境變化時適應能力下降，難以生存。族群瓶頸是生物多樣性喪失的重要原因之一，了解族群瓶頸的成因和後果，對於保護瀕危物種、維護生態平衡具有重要意義。
03 有效族群規模
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有效族群規模
（Effective Population Size, Ne）是指在一個族群中，實際上對遺傳變異和繁殖成功有貢獻的個體數量。它與族群的實際個體數量不同，因為有效族群規模考慮了個體之間的繁殖關系、性別比例、遺傳變異和其他生態因素。有效族群規模是評估遺傳漂變、近親繁殖和物種長期生存能力的重要指標。
有效族群規模通常比實際族群規模小，這是因為並非所有個體都有相同的繁殖機會。例如，在一個族群中，某些個體可能沒有繁殖後代，或者性別比例失衡，這都會影響遺傳貢獻。此外，若個體的繁殖成功率受到環境、資源和其他生物的影響，有效族群規模也會受到影響。有效族群規模的計算與物種的遺傳多樣性、適應力和長期生存密切相關。當有效族群規模較小，族群更容易受到遺傳漂變和近親繁殖抑制的影響，導致遺傳多樣性下降，適應能力降低。因此，了解有效族群規模對制定物種保護和管理策略至關重要。
舉例來講：（1）假設一個島上有一群小鳥，總數為100只。但是，由於食物資源有限，只有其中的20只雄鳥和20只雌鳥能夠成功繁殖。那麽，這個族群的有效族群規模就約為40，而不是100。（2）
又比如：一個森林中的鹿群為例，雖然有100只鹿，但由於社會等級、棲息地分割和繁殖力差異等因素，只有部份個體能有效參與繁殖。這些因素導致了非隨機交配和遺傳隔離，使得實際有效的繁殖個體數遠小於100。（3）
再講一個植物的例子：在某些植物族群中，族群數量可能非常龐大，但如果其中大多數個體是單性繁殖（如只有雌性或雄性），那麽有效族群規模就會顯著降低。就好比，假如一個擁有10,000棵植物的族群，如果其中只有1,000棵為雌性，並且這些雌性植物的授粉依賴於外部因素（如風或昆蟲），則有效族群規模可能僅為1,000棵；這種不均衡的繁殖機會，會使植物的遺傳多樣性受限、降低該物種適應新環境的能力。
在本案例中提到的北象海豹（Mirounga angustirostris），在19世紀遭到大量捕獵，族群數量一度下降到僅有幾十只。雖然目前它們的實際族群數量已恢復到約225,000只，但
有效族群規模
卻遠低於這一數碼。
04 詞條名
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適應力特征
（Fitness Components）是指影響個體在其環境中生存和繁殖成功率的各類生物學特性。這些特征通常包括體重、繁殖能力、疾病抵抗力、壽命、行為表現等。透過這些特征，生物能夠更好地適應其生存環境，確保其基因在後代中得以延續，因此適應力特征直接關系到族群的生存和繁衍能力。
舉例來說：在
北象海豹
中，體重和脂肪厚度是重要的適應力特征，直接影響了個體的生存率和繁殖成功率，使其能更好地適應海洋生活環境；又比如
長頸鹿
的大長脖子，就是它的適應力特征，這個特征使它們能夠從樹上吃到其他草食動物夠不著的高處樹葉，只能讓其它動物羨慕嫉妒恨。特別是在幹旱季節，當地面上的植被資源有限時，這一特征成為長頸鹿的一種有利競爭。
在生態學和前進演化生物學中，適應力特征的研究有助於理解個體或族群的健康狀態及其應對環境變化的能力。比如說，在
近親繁殖
或
族群瓶頸
事件後，個體的適應力特征可能受到遺傳多樣性下降的影響，導致更高的疾病易感性或生存能力下降，這會對族群的長期生存產生不利影響。
學而思
思考題·舉一反三
Q1、在這個研究中的北象海豹的「幸運」，能否復制呢？北象海豹族群在經歷了嚴重的瓶頸後，最終得以恢復，這似乎是一個「幸運」的結果。那麽，對於其他瀕危物種來說，能否復制北象海豹的「成功」？哪些因素決定了一個物種能否從族群瓶頸中恢復？人類在保護瀕危物種的過程中，又該如何提高物種的「幸運」概率？
Q2、遺傳多樣性的「雙刃劍」問題——該研究顯示，北象海豹的瓶頸事件既清除了有害突變，也導致了遺傳多樣性的喪失。那麽，遺傳多樣性對於一個物種的生存來說，究竟是一把「雙刃劍」？在保護瀕危物種的過程中，我們應該如何平衡遺傳多樣性的保護和有害突變的清除？
Q3、清除效應的長期穩定性與遺傳漂變的相互作用，如何影響一個物種適應能力？在本文的這個研究中，盡管族群瓶頸導致了部份有害突變的清除，提升了北象海豹族群的適應力潛力，但遺傳漂變使得一些有害等位基因可能上升至高頻或固定。這種清除效應和遺傳漂變的平衡，如何在較長時間尺度上對物種適應未來環境變化的能力產生影響？比如說，未來的氣候變遷或棲息地變遷，可能會如何作用於這一脆弱的遺傳結構？
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（請文末留言）
THE END
海
濕
資訊源 | Bielefeld University, ScienceDaily
編譯 | 王芊佳
編輯 | Linda
排版 | 綠葉
【參考資料】
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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