试图解决无毒非洲大象的奥秘

在大量偷猎的非洲地区，人们观察到没有标志性的白色象牙的非洲大象的发病率增加，这在数十亿美元的野生动植物黑市中被珍惜。但是没有直接的遗传证据表明这种情况是如何发生的，或者为什么这种特征仅在女性大象中发生。

根据《科学杂志》上发表的一项研究，由普林斯顿大学研究人员领导的一支团队现已牵涉到两个与哺乳动物的牙齿发育相关的基因，是象牙无象现象的中心。这些基因之一与X染色体有关，对雄性致死，而具有相同基因突变的人类表现出相似的牙齿缺陷。

普林斯顿大学生态与进化生物学助理教授Shane Campbell-Staton表示：“大象是一种对稀树草原生态系统非常重要的标志性物种，现在我们对人类活动如何影响它们有了更好的了解。”以及普林斯顿高级草地环境学院（HMEI）的相关教师。

坎贝尔·斯塔顿（Campbell-Staton）与施密特（Brian Arnold）的联合第一作者布莱恩·阿诺德（Brian Arnold）合作，位于计算机科学系的普林斯顿的施密特数据纳克斯数据科学家，并得到了统计和机器学习中心的支持。该论文的合着者还包括普林斯顿的生态学和进化生物学教授罗伯特·普林格（Robert Pringle）以及HMEI的相关教师； Gorongosa国家公园的大象生态项目经理DominiqueGonçalves； Petter Granli和Joyce Poole，ElephantVoices的联合创始人和联合导演；爱达荷大学野生动物科学副教授瑞安·朗（Ryan Long）。

在UCLA期间想到该项目的人口瓶颈campbell-staton的反应是，无牙的表型在X染色体中被传递给了无象牙表型，但是收集调查数据和血液样本将是揭示这个谜团的关键。

为了收集这些样品，坎贝尔·斯坦顿（Campbell-Staton）和其他研究小组成员专注于莫桑比克（Mozambique）Gorongosa国家公园的非洲丛林大象（Loxodonta Africana）。非洲灌木大象被认为是地球最大的陆地动物，高度在肩膀上达到13英尺，将其与较小的堂兄，非洲森林和亚洲大象区分开来。灌木大象的象牙可以长达6英尺，每个重量为50磅，其中一些雄性大象的象牙（称为公牛）如此之大，以至于它们在地面上拖了。

从1977年到1992年，莫桑比克内战破坏了公园，反对战斗人员为象牙和肉类偷猎大象。冲突使大象人口迅速下降，从2500多人到战后大约200个。随着这种急剧下降，无牙雌性大象从18.5％增加到50.9％。在公园里没有看到雄性象牙的大象，但是在其他地方有罕见的轶事目击。

阿诺德说，他们使用模拟的数值模型和统计分析来确定在战争期间，无象牙雌性象的可能性是偷猎者引起的非常强烈的自然选择的例子。

阿诺德说：“象牙突然成为一种责任，即使在自然情况下，象牙对于大象来说非常有用。” “对象牙的女性施加了巨大的狩猎压力。在研究的另一部分中，研究人员专注于分析象牙和无牙象和无牙象的整个基因组之间的差异，这些研究人员的差异与象牙的差异更少，这与稀有的遗传变体更少，“这与“这是一致的，”该论文说。至关重要的是，研究人员还发现，战争幸存者的女性后代中无牙的状况仍然升高，占战争后的33％，而战后的50.9％。

有利的生存特征，少生育

由于女性的无牙无牙作用，研究人员推测这种有利的性状必须与X染色体相关。而且由于没有雄性象牙大象的记录，因此这种遗传性状可能对雄性致命。阿诺德说，在这一假设下，如果一只雌性象牙象要怀孕一个男性，她会自发地流产胎儿的一半时间。

研究人员通过对女性大象及其后代进行表型/人口调查来检验这一假设。人口模式发现，无牙母亲的后代往往为65.7％的女性，这再次强烈建议具有隐性致死性的X连锁特征。阿诺德说，这也将使这些无牙的女性总体上的肥沃量降低。

为了追踪哪些基因对这些独特的特征负责，对整个基因组进行了深入研究。研究人员对公园的象牙和无象牙种群进行了测序，然后使用生物信息学软件程序来组装所有数据并执行自定义分析。他们扫描了基因组数据，试图通过最近的偷猎和X连锁性状与具有隐性致死性的遗传区域联系，以及其他分析。然后，他们比较了象牙和无象牙大象之间的基因组，以找到“遗传差异的模式”。“在假设的遗传模型下，我们期望象牙个体的基因组缺乏引起无牙的特定突变的基因组”。

通过赢得可能包含象牙无知基因的大象基因组的可能区域，该团队将其焦点缩小到基因MEP1A（编码牙齿形成的某些方面）和X连锁基因amelogenin（amelx），该基因是负责的。为了生物矿物质的牙釉质以及牙龈和胶质的形成，这是一种支持和锚固牙齿的硬组织。

在人类中，删除Amelx和附近的一些基因表现为一种称为Amelogenes Interfecta的条件，从而导致缺失或有缺陷的搪瓷和破裂的牙齿。另外，这种疾病与人类中的综合征共同占据X连锁占主导地位和雄性致命的人。有趣的是，受影响的女性上颌侧切牙（位于上排的一对牙齿）的比正常小或完全丢失。这些切牙对应于象牙位于大象嘴里的地方。

现有的研究指出了另一个基因，全染色性色素C型合成酶（HCCS），该基因与隐性致死性有关，位于Amelx旁边。科学家发现，在这个近似区域中具有删除的基因工程小鼠，如果他们强迫HCCS基因的表达，则可以具有可行的男性后代。

普林格尔说：“这是对大象如何失去象牙的奥秘的迷人洞察力，这是生物学家早已意识到的这一现象，但没有人解释过。” “这是一个很好的例子，说明了如何在生态，进化和数据科学联系的跨学科合作使我们能够解释重要的环境问题的答案。”

朗说，除了这些基因之外，在行为和对更大环境的后果方面，对无象牙女性大象的兴起也应该有有趣的意义。普林格（Pringle）的研究表明，基于粪便样品的测序DNA通过称为DNA metabarcoding的过程，无牙象与象牙的植物不同。

朗说：“我们的一些初步数据表明，无牙的大象与象牙的饮食不同。” “由于大象是一种基石物种，因此它们饮食的变化会影响整个景观，因此大象种群中的无牙率很高可能会带来范围内生态系统的后果。”

虽然这种无象牙状况似乎证明了人类在大型草食动物中进行快速选择，但研究小组警告说，需要进一步研究这些遗传特征是否可以在非洲的其他人群中找到。

同时，自莫桑比克战争结束以来，Gorongosa的大象种群一直在稳步增长，该公园已成为野生动植物恢复的典范，并且是研究，科学合作和冒险的重要地点。Pringle和Campbell-Staton正在Gorongosa的一个大规模修复项目合作，该项目由HMEI的生物多样性挑战计划提供资金。“迄今为止，这项研究可能是我一生中最伟大的冒险，” Campbell-Staton说。“我很幸运能够与如此众多学科的如此聪明的人合作，研究一种现象，这在相当长的一段时间内一直是一个谜。”

经世界经济论坛的许可重新发布。阅读原始文章。