冰河時期的史前巨獸
真猛瑪象（woolly mammoths）是大象的近親，學名 Mammuthus primigenius，在冰河時期縱橫於西伯利亞、白令地區與北美洲北部；然而當冰河時期結束，進入全新世後，隨著氣候變暖，加上人為獵捕，絕大部分真猛瑪象陸續消失。
亞洲與美洲大陸上的真猛瑪象，一萬年前已全數滅絕，不過仍有少數殘存在與大陸分隔的外島。面積 7600 平方公里（台灣約為 36000 平方公里），位於北冰洋的弗蘭格爾島（Wrangel）上仍有一些真猛瑪象存在，一直到 3700 年前才全數滅絕。
由於冰天雪地的環境，使得部分真猛瑪象即使去世多年，DNA 仍能完整保存，提供古代遺傳學寶貴的研究材料。在 2015 年的論文研究中，科學家定序了 2 頭真猛瑪象的完整基因組，讓我們對這種已滅絕多時的史前巨獸，有更多的認識 [1]。
真猛瑪象遺傳史
來自西伯利亞，亞洲大陸東北部 Oimyakon 的樣本，距今約 45000 年，那時真猛瑪象還生龍活虎；其拼湊出的基因組品質相當好，覆蓋率（coverage）高達 11.2 x。另一個樣本則取自 4300 年前的弗蘭格爾島，亦即島上真猛瑪象滅絕的不久以前，其覆蓋率為 17.1 x。透過可靠的同位素定年結果顯示，兩個樣本間相差 4 萬多年，因此可以比較兩個基因組間的差異，藉此估計突變率，並重建族群的演化歷史。
之前研究指出，真猛瑪象的粒線體 DNA，可分為兩個差異很大的支系，因此分屬兩種粒線體的個體在親緣上應該分家許久，甚至能歸類為兩個不同的種。這回，大陸與小島上的真猛瑪象，剛好分別帶有兩種不同的粒線體 DNA，然而，用細胞核 DNA 估計的結果指出，牠們大約只在距今 5 到 6 萬多年前分家。顯然真猛瑪象各族群間實際上的遺傳分化程度，並不如粒線體 DNA 所顯示的那麼巨大。
本研究也發現真猛瑪象族群經歷過兩次瓶頸（bottleneck），一次大概發生在 28.5 萬年前，原因不明；另一次則是一萬多年前，正好就是氣候變暖後，真猛瑪象大量消失的年代。弗蘭格爾島在冰河時期時與大陸相連，可以與大陸族群互相往來，然而等到冰河時期結束後，弗蘭格爾島正式成為孤立外海的島，島上不再有機會接觸到別的族群（而且其他地方的象也都滅絕了）。所以，這一小群存在島上的真猛瑪象，牠們的遺傳品質也曾經受到負面影響嗎？
島上被定序的真猛瑪象，與其他族群分隔至少有 6000 年之久，也顯示出近親交配的跡象，不過島象族群內的遺傳多樣性，倒是沒有太過誇張的低。估計弗蘭格爾島族群的 DNA 多樣性，大約與人類（人類數目極大是最近擴張的結果，數萬年前歷經的瓶頸，使全人類彼此間的遺傳多樣性，跟其他生物相比並不算高）、巴諾布猿、東部低地大猩猩，以及西部黑猩猩相當，還比獅子、老虎、北極熊等如今瀕臨絕種的動物更高。
真猛瑪象散步圖，來源：By Charles Robert Knight – http://io9.com/5891441/celebrating-charles-r-knight-the-artist-who-first-brought-dinosaurs-and-megafauna-to-life, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/
小島上最後的真猛瑪象，基因缺損嚴重
有演化理論預測，小族群由於擇偶時的選擇對象有限，有害突變容易累積在基因庫中，不易被天擇排除。2017 年發表的論文，深入分析了兩個不同年代與族群狀況下的真猛瑪象基因組 [2]。
弗蘭格爾島上的象比起 Oimyakon 大陸上的象，基因組中各式缺失的數量較多。例如：突變產生終止密碼子使基因提早結束表現，在島象基因組中有 819 起，大陸象卻只有 503 個；另外大陸象的 DNA 刪除（deletion）是 21346 個，島象則有 27228 個。
弗蘭格爾島象缺失的基因中（考量到牠是一位長大成象的個體，因此牠的任何突變，也許對生存不利，卻皆不至於嚴重到致死），FOXQ1 基因同時具備兩種缺損（象跟人一樣都有兩條染色體），一條染色體上的 FOXQ1 整段 DNA 不見，另一條發生了移碼突變（frameshift mutation），使基因無法製造正確的蛋白質，讓牠的 FOXQ1 成了假基因（pseudogene）。
FOXQ1 喪失對象會造成什麼影響，因缺乏資料並不清楚，不過同樣的遺傳缺失，會讓老鼠的毛變得半透明（satin coat）。假如真猛瑪象跟老鼠的性狀一樣，那麼在寒冷的環境中，此突變對象的生存將有負面影響，因此算是有害突變。
該論文還發現，島象基因組中有大批嗅覺受器（olfactory receptor），還有群與尿蛋白（urinary protein）有關的基因喪失。為什麼？一個可能是隨機因素造成；另一種解釋是，弗蘭格爾島上環境缺乏大型掠食者，族群象口也不多，因此這些與社交、擇偶、躲避敵人關係密切的基因，由於失去功能而變得更容易丟失。
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同樣是真猛瑪象，大陸族群是島上的 43 倍大，牠們間的遺傳差異符合演化理論的預期。演化理論認為，會降低生存或繁衍後代機率的有害突變，在正常族群中比較容易被天擇淘汰，保留在族群中的頻率不會很高；但是在小族群中，由於擇偶對象有限，有害突變會有更高的機率保留在基因庫中，所以小族群中的個體，會帶有更多遺傳缺失，而這正是島象基因組觀察到的情況。
一系列真猛瑪象的研究，也對保育生物學有所啓發。在失去與其他族群遺傳交流的機會後，不過區區 6000 年，島上最後的真猛瑪象，基因組已傷痕累累，看似無法繼續支撐，也確實是世界上最後的真猛瑪象，在數百年後於弗蘭格爾島上絕跡了。
雖然族群數目不大未必會是問題，例如山地大猩猩（mountain gorillas）就以遺傳多樣性很低的小族群模式生存了十萬年之久 [3]。但假如有害變異固定在小族群中，無法被天擇排除，那麼即使此一物種未來的族群數量能夠增加，保留的有害變異仍會對物種生存造成負面影響。這些都是未來在保育瀕危物種時，需要注意的部分。
文 / 寒波
參考文獻：
1. Palkopoulou, E., Mallick, S., Skoglund, P., Enk, J., Rohland, N., Li, H., … & Reich, D. (2015). Complete genomes reveal signatures of demographic and genetic declines in the woolly mammoth. Current Biology, 25(10), 1395-1400.
2. Rogers, R. L., & Slatkin, M. (2017). Excess of genomic defects in a woolly mammoth on Wrangel island. PLoS Genetics, 13(3), e1006601.
3. Xue, Y., Prado-Martinez, J., Sudmant, P. H., Narasimhan, V., Ayub, Q., Szpak, M., … & De Manuel, M. (2015). Mountain gorilla genomes reveal the impact of long-term population decline and inbreeding. Science, 348(6231), 242-245.
首圖來源：
By Flying Puffin – MammutUploaded by FunkMonk, CC BY-SA 2.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=22770047
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