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70 年演化競賽:歐洲穴兔 vs 病毒

2019/2/15 — 12:57

穴兔,圖片來源:維基百科

穴兔,圖片來源:維基百科

很多人以為「演化」需要幾百萬年才會見到,但科學界已見證到不同的快速演化。最新刊於《科學》的研究,就以原產於西南歐的穴兔 (Oryctolagus cuniculus) 與人類釋出的病毒如何在近 70 年內鬥快演化。

穴兔是唯一一種被人類馴化的兔子,牠們被人類選擇性繁殖而出現不品種。穴兔因為作為寵物與獵物而被廣泛地引進其他地方,但不受控制地快速繁殖,為這些地方的生態帶來災難性的後果。奇就奇在,穴兔在原產地因病、過度捕獵和棲地喪失而數目大減,國際自然保護聯盟 (IUCN) 甚至在 2008 年將穴兔評為易危物種

話說回頭,在成為易危物種前,人類曾故意釋放病毒,殺死當地的穴兔,以保護農田與牧場。而從博物館館藏,牛津與劍橋大學的演化基因學家團隊團隊卻發現歐洲與澳洲雖然相距超過 14 萬公里,但兩大洲的穴兔均出現同樣基因改變,在人類釋出的病毒變異前,取得演化優勢。

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這個故事再一次展示演化如何重覆出現,亦有可能解釋到人類免疫系統如何對病原體會(或不會)作出反應。

早在 19 世紀中期,為數 24 隻的穴兔已被引入澳洲供打獵所用,但其繁殖能力太強,這些穴兔後代不斷破壞農作物,為當地人帶來麻煩。澳洲人對這種生態災難多年來都束手無策,新南威爾斯政府甚至在 1887 年曾懸紅 2.5 萬英鎊,獎勵任何人成功以首創方法有效消滅穴兔。當然,很多人提交方案,但無人成功,穴兔繼續肆虐澳洲。

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直到 1950 年,有人發現來自南美的兔子,身上攜帶類似天花的黏液瘤病毒 (myxoma) ,原來可殺死其近親穴兔(以及其他家兔品種)。結果澳洲政府加以利用並將之在野外釋放,結果成功將澳洲穴兔數字減少 99% !而 2 年後,法國亦「照辦煮碗」釋出病毒,殺死絕大部份野外入侵穴兔,一年後英國亦取得類似成功。

人類看似處理了一場生態危機,但十年內兩地穴兔數目再度增加,部份更演化出抵抗致命病毒的能力。

為了解這場演化競賽內情,團隊從英法澳洲取得相關樣本,排序穴兔的基因,了解當中是否有 DNA 影響其免疫力,另外團隊又對比棲息於歐澳的現代兔子基因。最後發現 CD96 、 FCRL 、 CD200-R 與 IFN-α 多種等位基因均有變異,其中 50% 變異在三個國家的穴兔都是一樣,顯示曾有平行演化 (parallel evolution) 出現。

其中 IFN-α 的等位基因改變會影響穴兔製造干擾素 (Interferon) 。干擾素是動物細胞在受到病毒感染後分泌特異性醣蛋白,這種蛋白不單有抗病毒功能,亦可幫助其他周圍未受感染的細胞,合成抗病毒蛋白防止進一步感染,但對於已被感染的細胞,干擾素則無能為力。而團隊發現,IFN-α 一個亞型 IFN-α21A,較易被演化並傳到下一代,其抑制黏液瘤病毒複製的能力亦較高。

不過,病毒並無坐以待斃。在 2017 年,悉尼大學演化生物學家 Edward Holmes 的團隊已發現,黏液瘤病毒在 1970 年代已演化出更強的毒性,反制兔子免疫反應。這種演化加上新的病毒於野外出現,令野生穴兔數目再度下降。但與多地穴兔的平行演化不同,不同地方的病毒採不同演化路徑,增加感染兔子機會。

正所謂 you can win the battle but you can’t win the war ,穴兔與病毒在演化上鬥得難分難解,究竟誰勝誰負仍不得而知。最重要是,演化其實真的很複雜,就連達爾文都曾經以天擇演化過份簡單演譯達爾文雀 (Darwin's finches) 在科隆群島上因不同環境,演化出不同鳥喙的適應力。所以,我們更應小心處理演化相關問題,避免產生謬誤。

報告:
Jacobs, Z., Li, B., Shunkov, M.V. & et al. (2019). Parallel adaptation of rabbit populations to myxoma virus. Science  14 Feb 2019: eaau7285. DOI: 10.1126/science.aau7285

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