科學人 發行日期:2015/02 刊號:156
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動物建築大師

撰文/鄧恩(Rob Dunn) 翻譯/王心瑩

霍克斯特拉研究過「白足鼠屬」(Peromyscus)這類田鼠,所以韋伯決定讓鹿白足鼠(deer mouse,學名P. maniculatus)和東南白足鼠(oldfield mice,學名P. polionotus)住進這些圍籠。鹿白足鼠廣泛分佈於北美洲大部份地區(偏遠的東南部除外),會挖掘單一條短地道;東南白足鼠則只棲息於北美洲偏遠的東南部,會挖掘一條長地道,並附帶另一條便於逃跑的地道,地道末端會挖到十分接近地表。

科學家想要用實驗小鼠找出特定性狀背後的基因時,通常會讓具有此性狀的小鼠與無此性狀的小鼠交配,觀察子代與父母的哪一方比較相似。如果子代有此性狀,表示這可能就是由單一基因的顯性型式表現而成,亦即這個對偶基因比較凸顯。這個實驗手法與孟德爾用於研究豌豆的方法相同,如果基因和性狀之間的關係相對簡單,這個方法最能派上用場。建造地道似乎不可能是單一基因所記錄的簡單性狀,不過韋伯還是用此方法姑且一試。在野外的東南白足鼠和鹿白足鼠不會交配,但正如西方諺語所說:「就讓車庫裡發生的事留在車庫吧!」韋伯在車庫裡使這兩種白足鼠交配,然後讓其子代挖掘地道。

最可能出現的情景是,雜交白足鼠挖掘的地道混雜了親代所挖掘兩種地道的特色,也就是基因複雜性的中間混雜型。結果不然,第一代的雜交白足鼠竟然全部建造出長地道,並附帶逃生地道。理論上,這種模式可能來自簡單的顯性遺傳,相關基因可以少到只有兩個:一個與地道長度有關,另一個則與逃生地道有關。如果從父母的其中一方遺傳到地道長度基因的一個或兩個顯性型式,就會挖出長地道;逃生地道基因也一樣。唯有同時遺傳到任一基因的兩個隱性型式,才會挖出短地道,或沒有逃生地道。不過,韋伯和霍克斯特拉認為不可能這麼簡單。

於是他們讓雜交白足鼠與東南白足鼠交配(稱為「回交」),驚訝地發現結果類似簡單的顯性遺傳,至少逃生地道是如此:大約有一半的子代會建造逃生地道,另一半不會。相反地,地道則是有長有短,表示地道長度的基因比較複雜。韋伯目前是德州大學奧斯丁分校的博士後研究員,霍克斯特拉是哈佛大學教授,他們進行後續研究,最終在白足鼠的基因組中找出與這兩項特性有關的特定區域:建造逃生地道是由位於單一染色體上的一組基因或甚至只由一個基因所調控;地道長度則似乎是由好幾個基因所調控,而且散佈在基因組中的三個位置,這或許可解釋韋伯在交配實驗所觀察到的較大複雜度。

韋伯和霍克斯特拉的研究顯示,即使是聰明的動物,例如小鼠,牠們與建造巢穴有關的複雜行為,可能既受遺傳控制,同時也是演化趨力下的產物。韋伯和霍克斯特拉的這項發現,像是從一顆巨大的毛線球中拉出一條鬆脫的線頭,為了解開毛線球的其餘部份,他們和其他科學家必須重複進行類似實驗,才能了解成千上萬種具有建築能力的動物。在史丹佛大學教授費納德(Russell Fernald)的實驗室,科學家已經在慈鯛(cichlid fish)身上找到巢穴設計能力背後的基因,有些慈鯛以植物築巢,其他種則以沙土堆巢;科學家會進行更多後續研究。

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