大小貓熊的趨同演化

 
2017/04/06 王道還 | 生物人類學者(已退休)     391
 
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
  1. Hu, Y., et al. (2017) Comparative genomics reveals convergent evolution between the bamboo-eating giant and red pandas. PNAS, 114, 1081-1086.