PNAS: 基因數據揭秘，改變飲食習慣後北極熊越變越白

早在40萬年前，北極熊跟棕熊還是一家親的時，北極熊還沒有那麼白。後來由於某種原因（可能是北極熊覺得伙食條件太差），兩個家族分道揚鑣。

北極熊的族長帶領族人熊遷徙到北極。在苦寒之地缺衣少食，但是北極熊勵志要成為「北大荒」食物鏈頂端的那頭熊，於是放棄了「素食者」的身份轉變成「肉食者」。

可能是「營養條件」跟上了，北極熊變得越來越富態白皙，還得到了「豪華皮膚」，進化出一身雪白的熊皮大氅。

https://doi.org/10.1073/pnas.1901093116

近日，《美國國家科學院學報》上發表的一篇論文為以上小編一本正經的胡說八道提供了有力證明。這是第一個研究北極熊和棕熊全基因組拷貝數變異（CNV，指個體之間基因組特定部分拷貝數的差異）的群體研究。

美國科學家們從基因組層面對北極熊生態適應進行了新的探究。他們明確指出：北極熊的基因拷貝數在飲食結構從植物轉向肉類時發生了快速變化。

飲食對北極熊CNV的影響

棕熊是雜食動物，主要以漿果、草、香草、樹根和球莖等植物為食，自從與棕熊各自為政後，北極熊迅速進化成食肉動物，以海豹和其他動物為食。

北極熊、棕熊、黑熊之間的基因差異

研究人員利用現有的原始全基因組DNA序列數據，比較了17隻北極熊、9隻棕熊和2隻黑熊基因拷貝數的差異。

研究結果表明，這種差異在北極熊適應北極的過程中發揮了重要作用。

John G. Gibbons 圖片來源：The Gibbons Lab

美國馬薩諸塞大學食品研究助理John G. Gibbons表示，他和他的同事觀察到與熊飲食有關的基因拷貝數的差異。這項研究解決了一個大的進化問題，即飲食如何塑造基因組。

兩個意外的發現

研究人員在比對全基因組DNA序列數據時還意外收穫了兩個奇妙的發現。

在被標註為嗅覺受體的基因中，88%的基因在北極熊身上的拷貝數比棕熊和黑熊要低。

Gibbons解釋道：「首先北極地區的氣味比較少。其次，北極熊主要專註於兩件事——海豹和配偶。它們不像棕熊那樣在叢林中尋找食物。」

另一個發現是，北極熊比棕熊擁有更少的AMY1B基因副本。AMY1B編碼唾液澱粉酶，這種酶在動物咀嚼植物性食物時啟動澱粉的消化。

Gibbons說:「吃高澱粉食物的人群比吃低澱粉食物的人群有更多的這種基因拷貝。我們在熊身上也發現了同樣的情況。如果你想想它們的飲食，這是有道理的。」

CNV將是研究自然選擇的新工具

以前傳統的研究方法，CNV很難被檢測到，所以它們總是被忽視。近15年來，隨著DNA測序技術的發展，從基因組數據中檢測和量化CNVs的計算方法也得到了發展。此次對北極熊的研究數據正好填補這個空白。

這項研究充分顯示了分析CNV在研究自然選擇驅動進化變化時的重要作用。

Gibbons說：「進化作用於不同類型的基因變異，以達到同樣的目的。現在我們已經有了檢測CNVs的技術，大家一致認為，這種類型的突變應該與傳統的檢測自然選擇形成的基因組部分的方法一起進行檢測。」

研究人員計劃在北極熊基因組研究的基礎上，對另一個物種（智人）進行研究。

下一步研究者打算觀察兩個不同的人類群體，看看我們是否在拷貝數變異上看到相似的差異。

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參考資料：

[1] Study reveals new genomic roots of ecological adaptation in polar bear evolution

[2] Polar bear evolution is marked by rapid changes in gene copy number in response to dietary shift

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