生態浩劫!無限自我複製的「大理石紋螯蝦」大軍恐攻陷全球

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近期刊登於《Nature Ecology & Evolution》的研究結果指出,藉由孤雌生殖(Parthenogenesis)繁衍後代的「大理石紋螯蝦」(俗稱 Marble crayfish,學名為 Procambarus virginalis擁有 3 套染色體及近乎相同的基因組。憑藉著快速的繁殖速度與超強的環境適應力,其蹤跡已由德國蔓延至全歐洲,悄然入侵全世界,不僅威脅本土物種,更造成嚴重的生態浩劫,可說是最強的害蟲之一。

大理石紋螯蝦的誕生

和人類一樣,多數龍蝦藉由有性生殖繁衍下一代,但在 23 年前,一名德國水族館的老闆向美國寵物賣家購買了不知名的小龍蝦回來飼養,出於未知原因,這些小龍蝦竟開始在水族箱中快速自我複製,成為一種名為「大理石紋螯蝦」的新品種,而後意外流入野外,在全歐洲的淡水生態系統中失控地繁殖,10 年前更入侵馬達加斯加與日本!可怕的是,牠甚麼都能吃──舉凡腐葉、蝸牛、魚苗或幼蟲等皆來者不拒,目前已被歐盟列入禁止販賣、豢養或流放的物種名單。

2003年,德國柏林洪堡大學(HU Berlin)的進化生物學家 Gerhard Scholtz 教授首次於《Nature》發表這種特殊的螯蝦,一隻雌螯蝦一次可產下上百顆卵,並在未受精的狀態下發育為完整的個體。五年前,德國癌症研究中心(German Cancer Research Center)的 Frank Lyko 教授開始對這種可行無性生殖的大理石紋螯蝦產生興趣,並想透過其基因組了解表觀遺傳學(epigenetics)驅動細胞癌化及散布的過程。該研究團隊針對 11 隻不同來源的大理石紋螯蝦進行分析,發現牠們擁有近乎完全相同基因組,並定論世上第一隻大理石紋螯蝦是由兩隻不同產地的螯蝦(Procambarus fallax)經交配所生,相關研究成果於今年 2 月 5 日刊登於《Nature Ecology & Evolution》。

大理石紋螯蝦,來源:Wiki

大理石紋螯蝦,來源:Wiki

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從基因訊息解析大理石紋螯蝦的驚人適應力

雖然所有大理石紋螯蝦的基因組近乎一致,但其形體卻有所差別,且能生存於多種自然環境,這和我們舊有的觀念(有性生殖造成的基因多樣性有助於適應不同環境)大相逕庭。透過基因定序與比對,研究團隊發現大理石紋螯蝦的基因組竟擁有 35 億個 DNA 鹼基對、21000 個基因與 3 組 92 對染色體,具高基因多樣性。令人訝異的是,大理石紋螯蝦的三組染色體中有兩組幾乎完全相同,研究人員推測其導因為最初兩隻不同產地的螯蝦(Procambarus fallax)在行有性生殖時,其中一方的配子分裂發生異常,因而意外遺傳兩套染色體。

先前學界已指出,發生基因突變而產生三組染色體的後代均具有較高的環境適應力,為潛在的有害外來種,而不同地區螯蝦的結合又增強了新品種的基因變異,強化大理石紋螯蝦的生存能力。Lyko 進一步表示,大理石紋螯蝦可依據不同的自然環境改變基因表達的方式,這些發現再再解釋了大理石紋螯蝦強勢入侵多樣水域的關鍵因素。

大理石紋螯蝦的基因多樣性將由複雜的因素決定,包括基因突變、環境中的致突變物(environmental mutagens)、基因漂變(genetic drift)選擇性壓力(selective pressure)等,上述現象皆在腫瘤基因組演化過程中扮演重要的角色。因此,研究者未來可望利用大理石紋螯蝦做為探討早期癌症演化的生物模型。更重要的是,基因定序的結果將有助於科學家及生態學家找出有效的防治方法、追蹤擴散速度與制訂保育方針,以保護本土野生動物的生存空間。

文 / Angela Chang

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參考文獻:
1.https://www.nature.com/articles/s41559-018-0467-9
2.https://www.theatlantic.com/science/archive/2018/02/attack-of-the-crayfish-clones/552236/
3.https://news.nationalgeographic.com/2018/02/marbled-crayfish-marmorkrebs-evolution-genes-tumors-spd/
4.http://www.sciencemag.org/news/2018/02/aquarium-accident-may-have-given-crayfish-dna-take-over-world
5.http://www.newsweek.com/clones-evolution-new-species-crayfish-evolves-pets-can-clone-itself-798762

 

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