「亂搞」的動物可能只是臉盲？新研究發現24個基因決定動物「忠誠度」

為什麼有些動物會「認定」一個伴侶，並且這種行為出現在魚類、鳥類等許多差異巨大的物種當中？一項新研究發現，單配偶制的物種具備共同的基因活動規律，這意味著它們能更好地識別伴侶、後代，並能夠從共同生活中得到來自大腦的積極反饋。

圖片來源：Pixabay

撰文 戚譯引

很多時候，兩個演化上親緣關係相近、普通人根本分不清的物種可能具備完全不同的行為模式。例如在繁殖方面，有些物種實行單配偶制（monogamy），它的近親卻可能過著不羈放縱愛自由的生活。

那麼，當物種出現分化，形成一個新的單配偶制物種的時候，它們的大腦中發生了什麼？

最近發表在《美國國家科學院院刊》（PNAS）的一篇文章嘗試回答了這個問題。這個跨國合作團隊分析了蛙類、嚙齒類、鳥類和魚類中 10 個不同物種大腦中的基因活動，發現了單配偶制物種中相似的基因活動模式，並識別出 24 個與單配偶制行為關係密切的基因。

甜蜜伴侶 vs 花心表親

在本次研究中，單配偶制被定義為社會化一夫一妻行為（social monogamy），即配偶結合時間超過一個繁殖季，並伴有不同程度的合作撫育後代和保衛領地行為。這種行為模式在演化上多次獨立出現。

研究人員選擇了 5 類脊椎動物中的 5 個單配偶制物種，並找到另外 5 個和它們和親緣關係很近、生活環境相似卻不實行單配偶制的物種，以進行對比。它們分別是：

加州白足鼠（Peromyscus californicus）和灰背鹿鼠（Peromyscus polionotus）；

草原田鼠（Microtus ochrogaster）和草甸田鼠（Microtus pennsylvanicus）；

水鷚（Anthus spinoletta）和林岩鷚（Prunella modularis）；

網紋箭毒蛙（Ranitomeya imitator，舊稱Dendrobates imitator）和草莓箭毒蛙（Oophaga pumilio）；

斑鰭奇非鯽（Xenotilapia spilotera）和飾鰭奇非鯽（Xenotilapia ornatipinnis）。

每組物種中前者為單配偶制，後者為多配偶制。對於每組物種，他們沒有直接對比不同物種的整個基因組，而是選擇觀察繁殖期雄性大腦中的基因表達情況，即腦細胞將 DNA 中的哪些蛋白質編碼轉錄成 RNA。

研究中的兩種箭毒蛙，左側為非單配偶制的草莓箭毒蛙，右側為單配偶制的網紋箭毒蛙。| 圖片來源：Yusan Yan and James Tumulty

收集這樣的數據需要一個國際化團隊多年的努力。為了獲得生活在羅馬尼亞的兩種鳴禽，研究團隊和當地管理機構進行了無數次交涉，經歷了數不清的審批程序。而論文資深作者之一、得克薩斯大學奧斯汀分校（University of Texas at Austin）的神經科學家漢斯·霍夫曼（Hans Hofmann）回憶，為了獲取慈鯛的大腦，他們來到非洲的坦噶尼喀湖（Lake Tanganyika），背著設備潛入水中捕魚，然後還要在搖搖晃晃的船上從手指頭大小的魚身上分離出大腦。

單配偶制物種「不臉盲」？

論文第一作者、演化生物學家麗貝卡·楊（Rebecca Young）介紹：「我們的研究在演化上能夠追溯到 4.5 億年前，那時候研究中所有的物種具有共同的祖先。」也就是說，脊椎動物通過同樣的方式產生了單配偶制，這種變化在過去的 4.5 億年中至少發生過 5 次。

藉助 RNA 測序和超級計算機數據處理，研究人員發現一些基因在單配偶制物種中更加活躍，它們和神經發育、細胞間信號傳輸、學習和記憶有關。他們猜測這些基因增強了大腦的適應性和記憶能力，讓動物能夠識別自己的配偶、後代或居住環境，並且在成功識別時啟動獎勵機制。也就是說，這些動物或許能夠從共同生活中得到來自大腦的積極反饋，「家人」的出現令它們感到愉悅。

相應地，另一些基因在單配偶制物種中減少了表達，不過這裡有一個例外：其中一些基因在網紋箭毒蛙身上活躍程度反而增加了。楊指出這和它獨特的演化歷史有關：這個物種曾經都是「單身爸爸」，由雄性照顧後代，直到後來才演化出共同撫育行為。因此從演化的角度而言，它們有著和研究所涉及的其他物種不同的歷史。

圖中展示了研究中的物種發生分化的時間，數字單位為百萬年（MYA）。顏色反映了與非單配偶制的近親相比，單配偶制動物雄性大腦中 24 種基因的活躍程度。紅色表示更加活躍，藍色表示更不活躍。| 圖片來源：University of Texas at Austin

當然，單配偶制是一種複雜的行為模式。楊指出，研究只識別出了與單配偶制關係最為密切的 24 個基因，而與之有關的基因總數可能有幾百個。

單配偶制的利與弊

單配偶制能帶來一些額外的好處，例如當潛在配偶數量稀少或分布較分散時，結成伴侶能夠保證個體把繁殖機會牢牢握在手裡。但額外的收益總是伴隨著額外的風險。論文資深作者之一霍夫曼告訴《衛報》（the Guardian）：「要在一段較長的時間內容忍另一個個體的存在，這並不容易。對方可能會搶走你的食物、你的住所，可能把病菌傳染給你，還有可能傷害你。」

親代撫育也是一個負擔。「下一代就是寄生蟲，他們可能會吃掉你，會佔領你的資源，並且讓捕食者更容易發現你，你的生活因此變得更加危險」，霍夫曼說。

霍夫曼指出，針對這些問題，演化給出了相當漂亮的解決方案：「當我們進入一段伴侶關係，或者擁有了必須照顧的後代，我們會感到這是有回報的。我們的獎賞系統被『劫持』了，它告訴你，『嘿，這還不錯啊』。」

這項研究的結論能否推廣到人類身上？或者說，人類會不會具備和這些單配偶制的動物相似的基因活動特徵呢？

霍夫曼說：「我們不知道，但我們當然可以推測，這樣的基因表達模式也可能出現在人類身上。」

而楊提醒大家，單配偶制不等於忠誠。許多符合社會化一夫一妻行為定義的動物都有出軌行為。人類通常被認為是一夫一妻制的，但這種制度在很大程度上受到社會和文化的塑造，它不適用於研究中對單配偶制的操作性定義。

編譯來源：

https://www.sciencealert.com/scientists-just-identified-a-universal-genetic-formula-for-monogamy

https://www.sciencemag.org/news/2019/01/monogamy-may-have-telltale-signature-gene-activity

https://www.theguardian.com/science/2019/jan/07/base-paired-up-study-suggests-genetic-formula-to-monogamy

https://news.utexas.edu/2019/01/07/evolution-used-same-genetic-formula-to-turn-animals-monogamous/

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