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Oct. 16 2022

「獅虎」、「斑馬馬」與「北極灰熊」:動物為什麼會雜交?

  • 隨著氣溫上升,灰熊(一種棕熊亞種)與北極熊的分布範圍日益重疊,二者的雜交種「北極灰熊」可能也將愈加常見。PHOTOGRAPH BY PHILIPPE CLEMENT, ARTERRA, UNIVERSAL IMAGES GROUP, GETTY

    隨著氣溫上升,灰熊(一種棕熊亞種)與北極熊的分布範圍日益重疊,二者的雜交種「北極灰熊」可能也將愈加常見。PHOTOGRAPH BY PHILIPPE CLEMENT, ARTERRA, UNIVERSAL IMAGES GROUP, GETTY

  • 在2020年之前,科學上從未有過玫胸白斑翅雀與猩紅比藍雀的雜交紀錄。 PHOTOGRAPH BY JOEL SARTORE, NATIONAL GEOGRAPHIC PHOTO ARK

    在2020年之前,科學上從未有過玫胸白斑翅雀與猩紅比藍雀的雜交紀錄。 PHOTOGRAPH BY JOEL SARTORE, NATIONAL GEOGRAPHIC PHOTO ARK

  • 科學家們最近確定在美洲有七種不同的斑臭鼬(spotted skunk),例如圖中的東部斑臭鼬(eastern spotted skunk)。PHOTOGRAPH BY JOEL SARTORE, NATIONAL GEOGRAPHIC PHOTO ARK

    科學家們最近確定在美洲有七種不同的斑臭鼬(spotted skunk),例如圖中的東部斑臭鼬(eastern spotted skunk)。PHOTOGRAPH BY JOEL SARTORE, NATIONAL GEOGRAPHIC PHOTO ARK

  • 在印尼西爪哇的野生動物園(Taman Safari)中有隻雄非洲獅與雌老虎生下的雜交種「獅虎」(liger)。PHOTOGRAPH BY JOEL SARTORE, NATIONAL GEOGRAPHIC PHOTO ARK

    在印尼西爪哇的野生動物園(Taman Safari)中有隻雄非洲獅與雌老虎生下的雜交種「獅虎」(liger)。PHOTOGRAPH BY JOEL SARTORE, NATIONAL GEOGRAPHIC PHOTO ARK

  • 2002年杜拜駱駝繁殖中心(Camel Reproduction Centre)站在母親身旁的卡米拉(Kamilah),是一隻由雄單峰駱駝與雌駱馬生下的「駱馬駝」(cama)。 PHOTOGRAPH BY REUTERS, ALAMY

    2002年杜拜駱駝繁殖中心(Camel Reproduction Centre)站在母親身旁的卡米拉(Kamilah),是一隻由雄單峰駱駝與雌駱馬生下的「駱馬駝」(cama)。 PHOTOGRAPH BY REUTERS, ALAMY

  • 2013年,一隻由雄斑馬與雌馬生下的「斑馬馬」(zorse)寶寶正在法國屈謝里(Cuchery)的農場中玩耍。PHOTOGRAPH BY ALAIN JULIEN, AFP, GETTY

    2013年,一隻由雄斑馬與雌馬生下的「斑馬馬」(zorse)寶寶正在法國屈謝里(Cuchery)的農場中玩耍。PHOTOGRAPH BY ALAIN JULIEN, AFP, GETTY

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自然界中跨支系的動物雜交相當普遍,個中可能蘊含了一些演化奧祕。

隨著氣溫上升,灰熊(一種棕熊亞種)與北極熊的分布範圍日益重疊,二者的雜交種「北極灰熊」可能也將愈加常見。PHOTOGRAPH BY PHILIPPE CLEMENT, ARTERRA, UNIVERSAL IMAGES GROUP, GETTY

隨著氣溫上升,灰熊(一種棕熊亞種)與北極熊的分布範圍日益重疊,二者的雜交種「北極灰熊」可能也將愈加常見。PHOTOGRAPH BY PHILIPPE CLEMENT, ARTERRA, UNIVERSAL IMAGES GROUP, GETTY

2020年夏天,賓夕法尼亞州的科學家看到了個從來沒有人見過的東西:一隻看起來像是玫胸白斑翅雀(rose-breasted grosbeak),但鳴聲聽起來卻像是猩紅比藍雀(scarlet tanager)的鳥。

經過仔細分析,科學家鑑定出這隻鳥是上述兩種鳥交配後生下的雜交後代。

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匹茲堡國立百鳥園(National Aviary)的鳥類學家鮑伯.穆維希爾(Bob Mulvihill)回憶道:「我看到牠的時候,脫口叫到『我的老天!』」隨後他捉住了這隻鳥,並抽取了一點血液樣本用來研究牠的基因。

雖然像騾子一類的雜交動物人盡皆知,但由於每一種鳥的顏色都不相同,因此這樁案例更顯得不尋常。玫胸白斑翅雀一身羽色黑白,只在胸口有塊紅色色斑;猩紅比藍雀則是全身帶著明亮橙紅,搭配上一對黑色翅膀。

在2020年之前,科學上從未有過玫胸白斑翅雀與猩紅比藍雀的雜交紀錄。 PHOTOGRAPH BY JOEL SARTORE, NATIONAL GEOGRAPHIC PHOTO ARK

在2020年之前,科學上從未有過玫胸白斑翅雀與猩紅比藍雀的雜交紀錄。 PHOTOGRAPH BY JOEL SARTORE, NATIONAL GEOGRAPHIC PHOTO ARK

這兩種鳥既不是表親,甚至連近親也稱不上。穆維希爾懷疑,這兩個物種可能早在一千多萬年前就在演化上分道揚鑣了。

更詭異的是,這兩種鳥類在北美洲大部分的分佈地區彼此重疊,導致研究人員很好奇,為什麼之前從來沒有人看過牠們雜交的證據呢?

「難道這只是一起羅密歐與茱麗葉的例子嗎?」穆維希爾笑道。

現代的基因定序與遺傳分析技術賦予了雜交動物新的意義,在牠們身上可能握有釐清演化之謎的線索。

科學家們最近確定在美洲有七種不同的斑臭鼬(spotted skunk),例如圖中的東部斑臭鼬(eastern spotted skunk)。PHOTOGRAPH BY JOEL SARTORE, NATIONAL GEOGRAPHIC PHOTO ARK

科學家們最近確定在美洲有七種不同的斑臭鼬(spotted skunk),例如圖中的東部斑臭鼬(eastern spotted skunk)。PHOTOGRAPH BY JOEL SARTORE, NATIONAL GEOGRAPHIC PHOTO ARK

什麼是雜交動物

丹佛大學的演化生物學家埃里卡.拉森(Erica Larson)表示,從遺傳學的角度來看,雜交動物是不同支系之間交配繁殖的結果。

儘管對於大多數非科學家的人來說,「雜交」意味著兩個不同物種間的繁殖,但其實「雜交」一詞也包含了同一物種下可依特定性狀或特徵區分的亞種(subspecies)之間,甚至族群(population)之間的繁殖。

「牠們可能會因為行為,或是在同一年的繁殖時間不同,而甚少彼此交配。」拉森說:「但牠們一但交配了,或許能產下完全健康的雜交後代。」

相關例子或許可以瞧瞧最近被科學家劃分成七個物種的斑臭鼬(spotted skunk)。牠們有幾種看起來幾乎相同,也生活在同一個地區,但交配與分娩的時間卻差上好幾個月。

「另一個蠻不錯的例子是珊瑚。」拉森說:「眾多珊瑚們會在某個非常特定的時間點一起釋出配子,從物理上來說,這些物種都在同一個空間中,因而有可能發生雜交。」但因為不同珊瑚釋出配子的時間差了數小時或數天,從而沒有這樣的機會。

然而在實驗室或是圈養環境中,這些防止雜交的「天然障礙」就不是什麼大問題了。

在印尼西爪哇的野生動物園(Taman Safari)中有隻雄非洲獅與雌老虎生下的雜交種「獅虎」(liger)。PHOTOGRAPH BY JOEL SARTORE, NATIONAL GEOGRAPHIC PHOTO ARK

在印尼西爪哇的野生動物園(Taman Safari)中有隻雄非洲獅與雌老虎生下的雜交種「獅虎」(liger)。PHOTOGRAPH BY JOEL SARTORE, NATIONAL GEOGRAPHIC PHOTO ARK

哪些動物可以雜交?

最有名的雜交動物之一就是「獅虎」(liger)。獅虎是雄獅與雌虎的雜交後代,自從被2004年的電影《拿破崙炸藥》(Napoleon Dynamite)提到後一炮而紅,相較之下卻很少有人知道雄虎與雌獅雜交產下的「虎獅」(tigon)。

由於獅子與老虎的分布範圍幾乎不重疊,因此這兩種雜交情況在野外極度不可能發生;同樣的情況對於駱馬與單峰駱駝的雜交後代「駱馬駝」(cama)也是如此,牠們原生於大西洋的兩岸,但研究人員的介入下已經生出雜交後代。

馬科的動物可能特別容易雜交,例如驢子跟馬可以生出騾子(mule),而斑馬與馬則可以生出「斑馬馬」(zorse)或是其他組合。

2019年,科學家首度證實一角鯨有時候會跟白鯨雜交,生下「白角鯨」(narluga)。除此之外,還有至少20份關於各種鯨豚在野外或圈養環境下發生雜交的報告。

雜交也不僅只發生在哺乳動物身上。諸如森林響尾蛇(timber rattlesnake)與西部菱背響尾蛇(western diamondback rattlesnake)、古巴鱷(Cuban crocodile)與美洲鱷(American crocodile)、俄羅斯鱘(Russian sturgeon)與匙吻鱘(American paddlefis)、山鱒(cutthroat trout)與虹鱒(rainbow trout),以及螞蟻、蜜蜂、胡蜂和白蟻等各種昆蟲都有雜交紀錄。而植物的雜交能力又特別強,一般認為雜交率更勝於動物。

不過說起地球上最興盛的雜交動物,可能是身上帶有尼安德塔人(Neanderthal)、丹尼索瓦人(Denisovan)等古代人族(hominin)基因的──現代人。

2002年杜拜駱駝繁殖中心(Camel Reproduction Centre)站在母親身旁的卡米拉(Kamilah),是一隻由雄單峰駱駝與雌駱馬生下的「駱馬駝」(cama)。 PHOTOGRAPH BY REUTERS, ALAMY

2002年杜拜駱駝繁殖中心(Camel Reproduction Centre)站在母親身旁的卡米拉(Kamilah),是一隻由雄單峰駱駝與雌駱馬生下的「駱馬駝」(cama)。 PHOTOGRAPH BY REUTERS, ALAMY

動物雜交罕見嗎?

雖然雜交動物看起來不平常,但許多雜交動物可能並不罕見。

舉例來說,穆維希爾表示鳥類有關於雜交的完善紀錄,而在一萬多種已知物種中,有高達10%的物種曾雜交過,這可能並非巧合能夠解釋。之所以有這麼多的紀錄,很可能是因為有大量的愛鳥人士會拍下有趣的景象,並上傳到論壇、鳥類協會網頁,或是像「愛自然」(iNaturalist)等智慧型手機app上。

「當然了,蝴蝶的雜交也非常有名。」穆維希爾說。但與愛鳥人士不同,很少有業餘的蝴蝶觀察者能輕易發現蝴蝶的雜交跡象。

部分科學家進一步認為,某些雜交動物可能在未來會更加常見。比如說,隨著氣候變遷導致北極海冰縮小,人們預期北極熊在陸地上活動的時間會更長,從而遇見分布範圍往北擴張的灰熊(一種棕熊亞種)。如果牠們相遇,就有可能生下「北極灰熊」(pizzly)或是「灰極熊」(grolar bear)。

 

2013年,一隻由雄斑馬與雌馬生下的「斑馬馬」(zorse)寶寶正在法國屈謝里(Cuchery)的農場中玩耍。PHOTOGRAPH BY ALAIN JULIEN, AFP, GETTY

2013年,一隻由雄斑馬與雌馬生下的「斑馬馬」(zorse)寶寶正在法國屈謝里(Cuchery)的農場中玩耍。PHOTOGRAPH BY ALAIN JULIEN, AFP, GETTY

動物雜交是好還是壞?

雖然雜交並不一定造成基因衰敗,但可能也不會產生更強大的物種。

比如說,獅虎很容易出現快速生長、心臟疾病等健康問題。

此外,親代物種可能會有染色體數量不同等遺傳差異不相同的情況發生。這也是雜交動物經常無法生育的原因之一,而且不育的子代也限制了親代擴展基因庫。

「這些親代少了一次將基因傳給後代的機會。」拉森說。

如果其中一個或是兩個親代物種有滅絕風險,雜交就會帶來困擾。這是因為,當某個物種本身的基因已經相當稀少,就有可能被雜交種身上新的基因組合取而代之,進而威脅到這些基因的存續。這樣的情況稱為「基因湮沒」(genetic swamping),而這也是為什麼與郊狼(coyote)雜交會是目前困擾美國東南部紅狼(red wolf)的諸多威脅之一。

話雖如此,拉森表示雜交其實也能引入有益的基因,例如抗殺蟲劑的能力。如果這些基因有助於雜交種生存與繁殖,相關效益就能在族群中擴散開來,成為科學家口中的「適應型遺傳滲入」(adaptive introgression)。

「但我覺得,大多時候雜交都是無益或是有害的,沒有發揮任何作用。」拉森說。

隨著遺傳工具的進展,科學家現在可以查看雜交種的基因體,並能輕易鑑別出可能的外來基因。而這意味著每一個雜交物種都是一個能洞察演化如何創造新物種的窗口。

「當你有兩個物種的基因體已經經歷了幾十萬年的獨立演化,而你將它們重新放在一起,並以雜交的形式混合這些基因體。」拉森說:「你就能了解哪個環節有效,哪個環節無效了。」

 

延伸閱讀:冬眠的熊或許藏有治療糖尿病的線索 為什麼這個新發現的北極熊亞族群如此特別?

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