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1989年，当大象行为学家Joyce Poole开始对三个东非大象种群进行调查，以了解严重偷猎对它们的影响时，她很快注意到了几个明显的趋势。象群性别比例存在巨大偏差，很少有成年雄性。许多家族缺乏年长的雌性——其中许多雌性没有象牙。
Poole的观察（几个月后被用来支持禁止国际象牙贸易）令人震惊，但它们大多是有道理的。她知道，偷猎者优先考虑牙最大的大象。由于象牙在大象的一生中不断生长，而且雄性象牙的重量大约是雌性的7倍，年长的雄性往往最先被偷猎，其次是年轻的雄性，然后是年长的雌性。同样的道理，无牙这种在非洲少数动物中自然发现的特征，显然是人为选择的结果，因为偷猎者没有理由射杀这样的动物。
然而Poole发现，令人困惑的是，尽管雄性是偷猎者的主要目标，但无牙似乎并没有发生在它们身上。非营利科学和保护组织“大象之声”的联合创始人和科学主管Poole说:“这是困惑了我很久的事情。“杀戮越多，你会发现无牙雌性就越多。但是为什么没有无牙的雄性？”
30多年后，她或许终于有了自己的答案。根据《科学》杂志的一篇新论文，无牙性状在很大程度上归因于X染色体上的显性突变——这种遗传变化也解释了Poole所看到的性别偏差。在雌性中，一条X染色体上关键基因的突变似乎是导致无牙的原因。但是在没有其他X染色体可以依靠的雄性中，这种突变似乎会导致它们子宫内死亡。
蒙大拿大学哺乳动物进化遗传学家Jeffrey Good（没有参与这项研究）说：“这是一项重要的研究，肯定会成为一个教科书范例，来展示人类对野生动物的过度开发，如何迅速改变自然世界。对大型自由放养动物的复杂进化变化如此深入的遗传理解在几年前是无法获得的。”
普林斯顿大学的Shane Campbell-Staton是这篇新论文的主要共同作者，他的职业生涯一直在研究人类如何迫使生命之树发生这种进化变化。其中的经典案例研究包括，在工业革命期间，英国胡椒蛾的主要翅膀颜色从大部分白色变为黑色；以及现在的蜥蜴进化出更长并具有更强抓地力的腿和脚，以在光滑的城市建筑中攀爬。
不过，这类研究通常集中在种群规模大、世代更替快的小生物身上，因为它们经历的变化更容易被实时观察到。这在文献中留下了一个研究空白，而这篇新论文有助于填补这个空白。“这项研究第一次表明选择性杀死大型脊椎动物会对进化变化产生直接影响，”魁北克舍布鲁克大学的生态学家Fanie Pelletier说，他在《科学》杂志上共同撰写了一篇关于该研究的观点文章。
对于Campbell-Staton来说，大象并不是一个显而易见的选择。迄今为止，他主要关注蜥蜴。但是，当他在YouTube上看到一段关于无牙大象现象的视频时，他发现自己卷入了无牙大象的谜团中。该视频聚焦于莫桑比克的戈龙戈萨国家公园，该公园在1977年至1992年的莫桑比克内战期间遭受了特别严重的偷猎。戈龙戈萨的大象数量从1972年的2500多头减少到2000年的不到250头，减少了约90%。一如其他经历过过度偷猎的地方一样，戈龙戈萨的母象表现出异常高比例的无牙。
Campbell-Staton和Poole一样对此感到困惑，他很快就与Poole和其他大象生态学家建立了合作关系。研究人员首先需要确定这是否真的是偷猎的选择导致了不成比例数量的无牙个体，或者只是随着种群数量的减少而出现的一些偶然现象。
Poole是这篇新论文的合著者，他梳理了老的自然历史电影和业余爱好者拍摄的视频，以估计战前无牙象的普遍程度。为了确定战争结束后该特征的普遍程度，她使用了一个大象个体的数据库，该数据库由她和她的丈夫以及研究合作伙伴Petter Granli（也是这项新研究的合著者）建立，用于研究大象的行为和交流。
研究小组发现，大象中无牙的比例从战前的18.5%增加到战后的50.9%。在种群模拟实验中，研究人员证实，无牙现象比例不可能仅凭偶然性就发生如此剧烈的变化。他们发现，在战争期间，没有长牙的雌象的存活率大约是长牙雌象的五倍。
利用Poole的数据库，他们进一步证实，从未观察到有两个象牙的母象生育无牙的小象（只有一个例外）。另一方面，没有长牙的母亲，生育有或没有长牙(或者，在某些情况下，只有一颗牙)的女儿的比例差不多。这种模式向研究人员暗示了他们所看到的与性别相关的遗传起源。
无牙母亲后代的性别比例也表明，遗传因素可能对雄象是致命的。无牙母象的后代中大约有三分之二是雌象，而不是生育相同比例的雄性和雌性。
进行了这些观察后，Campbell-Staton决定是时候使用全基因组分析来查明潜在的遗传因素了。然而，收集数据来实现这关键的最后一步比他预期的要复杂。“我们计划在戈龙戈萨开车转悠，发现一头大象，看看大象是否有象牙，等大象大便，然后收集它的DNA，”他说。“这看起来很简单——除了我们需要整天开车，然而一周七天我们都没有看到一头大象。”
幸运的是，另一个研究小组正在进行追踪母象的项目。Campbell-Staton和他的共同第一作者、普林斯顿大学的Brian Arnold及其他研究人员联手，从18名雌象身上采集血液样本，其中有些有象牙，有些没有。这将满足该项目的基因组检测的要求。
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他们使用这些样本确定了，当基因组中的候选区域发生突变时，似乎可以解释无牙及其明显的雄性致死率。我们从几十年来在小鼠和人类中的基础研究得知，其中一个基因AMELX，在哺乳动物牙齿发育中发挥作用。此外，人类X染色体同一区域的破坏与一种综合征有关，这种综合征通常导致男性胎儿在中期妊娠的流产。受该综合征影响的女性会存活下来，但她们的牙齿形态通常发生了改变。特别是，她们经常缺少上侧切牙——解剖学上相当于大象的象牙。
“这项研究表明，没有象牙的雄性大象后代是不能存活的，这意味着大象数量会加剧下降，” Pelletier说。“它们不仅因偷猎而死亡，而且由于幸存的无牙母象的一半雄性后代无法生存，大象数量还会进一步减少。”
Good同意这些发现令人担忧。他说:“导致雄性死亡的严重疾病等位基因的出现频率快速上升，这令人惊讶，这说明了内战期间偷猎的压倒性强度。这些变化给这些不断减少的群体的整体遗传健康带来了巨大的代价。”
最终，Campbell-Staton说，这项研究“说明人类足迹作为一种进化力量是无处不在的。”
然而，有一些好消息。通过持续的保护努力，戈龙戈萨的偷猎行为已经被消灭，出生时无牙的小象数量开始减少。正如研究人员在研究中指出的，战后出生的这代大象有33%的无牙率，相比之下，在战争中幸存的这一代大象有51%的无牙率。至少在这个例子中，大自然似乎在自我修正。Poole说:“象牙对那些拥有象牙的大象来说是一种优势，它们是自然选择的结果。如果我们不给这些大象施加压力，那么每一代大象的无牙率都会下降。”
撰文：Rachel Nuwer
翻译：魏书豪
审校：郭晓
引进来源：科学美国人
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