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大小貓熊的趨同演化

106/04/06 1461

王道還｜中央研究院歷史語言研究所助理研究員

貓熊有大小兩種。大貓熊大家都很熟悉，用不著多介紹；小貓熊又叫紅貓熊，肩背皮毛是紅褐色。牠們都屬於食肉目，但是早在4,300萬年前就分化了，分屬不同的科。大貓熊是熊科，與北極熊、台灣黑熊同宗；小貓熊自成一科，但是與貂科物種最親近，例如寵物貂（Mustela putorius furo）、黃鼠狼等。

不過這兩種貓熊也許因為分布於同樣的棲境中，演化出同樣的食性，以竹子為主食。竹子營養低、纖維高，蛋白質含量只有13.2％，脂肪3.4％，可溶性碳水化合物（澱粉與糖類）3.3％。從吃肉轉變為吃竹子，對消化生理是非常大的考驗。

另一方面，來歷不同的物種演化出同樣的適應，叫做趨同演化。而所有生物的適應，追根究柢都是基因的產物，因此親近物種的趨同演化比較容易解釋，假定那些適應直接來自祖先型，通常八九不離十。可是大小貓熊以竹子維生的食性必然是各自演化出來的，那麼涉及的基因會不會是同一套呢？

中國科學院動物學研究所魏輔文的團隊針對這個問題，先完成了兩個基礎研究：一、小貓熊基因組定序；二、大貓熊基因組的補充詮釋。然後由胡義波比較兩種貓熊與其他4種食肉目物種（老虎、狗、北極熊、貂）的基因組，搜尋與食性改變關係最密切的基因。

結果他們發現70個基因與大小貓熊的特殊食性有關。例如哺乳類舌頭上的味蕾不只能偵測甜酸鹹苦4種味道，還有一種是偵測肉味的，就是偵測麩胺酸。麩胺酸可說是動物蛋白質的「標記」分子，因為動物蛋白質中麩胺酸比較多。大小貓熊都不吃肉，因此牠們的「肉味」受體基因TAS1R1都喪失了功能，成為「偽基因」（pseudogene）。

達爾文對於趨同演化做過一個比方：「就像兩位工程師分別想出同樣的方案，解決同樣的問題。」胡義波他們找到了大小熊貓改變食性的基因方案。

參考資料

Hu, Y., et al. (2017) Comparative genomics reveals convergent evolution between the bamboo-eating giant and red pandas. PNAS, 114, 1081-1086.

資料來源

《科學發展》2017年4月，532期，76 ~ 79頁

貓熊(3) 科發月刊(5210)

大小貓熊的趨同演化

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