1977 年至 1992 年,东南非国家莫桑比克陷入内战,双方都通过猎杀非洲草原象获取象牙为其战争融资。这次剧烈的盗猎使戈龙戈萨国家公园的象群数量减少了 90%。
科学家本周报告称,这还对动物产生了另一项意想不到的影响。冲突结束后,完全没有象牙的母象变得多得多。当研究人员检查公园内大象的种群记录和遗传物质时,他们发现这种性状作为对盗猎的反应迅速增加,并确定了可能导致这种现象的几个基因。
普林斯顿大学进化生物学家 Shane Campbell-Staton 表示:“这项研究突显了人类对整个生命树无处不在的影响。”他于 10 月 21 日在《科学》杂志上发表了研究结果。“即使是地球上最大的生物,也不仅仅受到种群下降的影响……我们正在切实改变它们未来进化的轨迹。”
动物因人类活动而进化的案例不胜枚举,从工业革命期间因工业革命的烟雾而变黑的蛾子,到为了在闷热的城市中生存而提高耐热性的蜥蜴,再到对杀虫剂产生抗性的昆虫。Campbell-Staton 说:“我们所知道的大部分信息都来自相对较小的、数量众多且繁殖周期快的动物。”这些变化在大象这样体型大、寿命长、繁殖缓慢的动物身上更难追踪。
莫桑比克内战结束后,人们开始注意到戈龙戈萨国家公园无牙大象的数量有所增加。然而,Campbell-Staton 意识到,对于究竟是哪些基因变化导致了这种现象,人们知之甚少。
为了解开这个谜团,他和他的团队仔细研究了冲突前公园内大象的照片和视频,以及更近期的观察结果。通常情况下,大象天生就没有长牙的能力是罕见的,而且这种性状只在母象身上出现。战争前,该公园的象群中无牙母象的比例已经异常高,这可能是过去狩猎行为的结果。然而,冲突之后,无牙母象的比例几乎翻了三倍,达到 50.9%。
Campbell-Staton 说:“问题在于,这实际上是自然选择偏爱无牙母象,还是仅仅因为整个种群数量的下降而导致这种增长是偶然的。”
他和他的同事对 1972 年至 2000 年间衰退的象群进行了计算机模拟。他们得出结论,除非无牙这一特征能给大象带来生存优势,否则最终形成一半母象没有象牙的种群的可能性非常小。
研究人员怀疑导致无牙的突变在母象中是显性的——这意味着只需要一个异常基因拷贝就能导致无牙——而在公象中则致命。支持这一观点的证据是,他们观察到有牙齿的母象并没有无牙的女儿。
另一方面,无牙大象应该有一个从母亲那里遗传的异常基因拷贝,以及一个从父亲那里遗传的正常基因拷贝。这意味着无牙母象有 50% 的几率将这种特征遗传给后代。果然,研究人员发现,无牙母象所生的后代更有可能是母象(因为这种基因对公象是致命的),而这些女儿中大约有一半是无牙的。
Campbell-Staton 和他的团队接下来寻找了有牙大象和无牙大象基因组之间的差异。他们确定了两个与牙齿发育相关的基因可能导致了无牙母象的增加。其中一个基因称为 *MEP1a*,在形成牙本质(牙齿髓腔周围的组织层)中起作用。
另一个基因称为 *AMELX*,与牙釉质的产生有关。在人类中,该基因及其几个邻近基因的异常共同导致了一种对雄性致命的综合征,并可能阻止母象的上颌侧切牙(大致相当于大象的象牙)生长。
Campbell-Staton 说,该公园母象无牙的遗传基础的具体性质仍有待确定。另一悬而未决的问题是,同样受到盗猎威胁的其他象种是否会发生同样的情况,杜克大学生态学家 John Poulsen 补充说,他研究了非洲森林象如何受到人类干扰的影响,并且没有参与这项新研究。但他表示,在莫桑比克大象身上发现如此迅速的进化“是惊人的”。
Poulsen 说:“当我第一次读到这篇论文时,我的第一反应是:‘哇,这为生物多样性保护带来了希望;也许大象这样繁殖缓慢的物种真的能迅速适应人类的压力。’”然而,雄性无法发育出这种性状的证据令人担忧,特别是考虑到雄性大象因象牙更大而更容易成为盗猎者的目标。无牙母象的增多可能会将更多的盗猎压力集中在雄性大象身上。
Poulsen 说:“这让我们陷入了一个真正的困境。”“这也意味着我们不能仅仅依靠进化来摆脱大象被不可持续地杀戮的问题……我们仍然需要管理和政策方面的努力来保护大象。”
大象无牙的进化也可能对其他物种产生深远的影响。Campbell-Staton 说,象牙对大象来说就像瑞士军刀。大象用象牙完成各种任务,包括剥树皮、挖掘地下矿物质和水源。这些活动可以为其他动物打开栖息地,破坏树木,并允许其他植物物种生长——并产生无数其他复杂的生态效应。
Campbell-Staton 说:“如果大象没有这种提供重要服务的关键工具,那么整个生态系统将会怎样?”
近年来,戈龙戈萨国家公园的象群数量有所增长,无牙现象的发生率也开始下降。尽管如此,大象的生长速度缓慢,孕育期接近两年。Campbell-Staton 说,大象可能在对盗猎作出快速反应后进化,但它们需要更长的时间才能恢复数量,并在生态系统中发挥与战前相同的 作用。