“乱搞”的动物可能只是脸盲？新研究发现24个基因决定动物“忠诚度”
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为什么有些动物会“认定”一个伴侣，并且这种行为出现在鱼类、鸟类等许多差异巨大的物种当中？一项新研究发现，单配偶制的物种具备共同的基因活动规律，这意味着它们能更好地识别伴侣、后代，并能够从共同生活中得到来自大脑的积极反馈。
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图片来源：Pixabay
撰文 戚译引
很多时候，两个演化上亲缘关系相近、普通人根本分不清的物种可能具备完全不同的行为模式。例如在繁殖方面，有些物种实行单配偶制（monogamy），它的近亲却可能过着不羁放纵爱自由的生活。
那么，当物种出现分化，形成一个新的单配偶制物种的时候，它们的大脑中发生了什么？
最近发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）的一篇文章尝试回答了这个问题。这个跨国合作团队分析了蛙类、啮齿类、鸟类和鱼类中 10 个不同物种大脑中的基因活动，发现了单配偶制物种中相似的基因活动模式，并识别出 24 个与单配偶制行为关系密切的基因。
在本次研究中，单配偶制被定义为社会化一夫一妻行为（social monogamy），即配偶结合时间超过一个繁殖季，并伴有不同程度的合作抚育后代和保卫领地行为。这种行为模式在演化上多次独立出现。
研究人员选择了 5 类脊椎动物中的 5 个单配偶制物种，并找到另外 5 个和它们亲缘关系很近、生活环境相似却不实行单配偶制的物种，以进行对比。它们分别是：
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）；
水鹨（Anthus spinoletta）和林岩鹨（Prunella modularis）；
网纹箭毒蛙（Ranitomeya imitator，旧称 Dendrobates imitator）和草莓箭毒蛙（Oophaga pumilio）；
斑鳍奇非鲫（Xenotilapia spilotera）和饰鳍奇非鲫（Xenotilapia ornatipinnis）。
每组物种中前者为单配偶制，后者为多配偶制。对于每组物种，他们没有直接对比不同物种的整个基因组，而是选择观察繁殖期雄性大脑中的基因表达情况，即脑细胞将 DNA 中的哪些蛋白质编码转录成 RNA。
研究中的两种箭毒蛙，左侧为非单配偶制的草莓箭毒蛙，右侧为单配偶制的网纹箭毒蛙。| 图片来源：Yusan Yan and James Tumulty
收集这样的数据需要一个国际化团队多年的努力。为了获得生活在罗马尼亚的两种鸣禽，研究团队和当地管理机构进行了无数次交涉，经历了数不清的审批程序。而论文资深作者之一、得克萨斯大学奥斯汀分校（University of Texas at Austin）的神经科学家汉斯·霍夫曼（Hans Hofmann）回忆，为了获取慈鲷的大脑，他们来到非洲的坦噶尼喀湖（Lake Tanganyika），背着设备潜入水中捕鱼，然后还要在摇摇晃晃的船上从手指头大小的鱼身上分离出大脑。
论文第一作者、演化生物学家丽贝卡·杨（Rebecca Young）介绍：“我们的研究在演化上能够追溯到 4.5 亿年前，那时候研究中所有的物种具有共同的祖先。”也就是说，脊椎动物通过同样的方式产生了单配偶制，这种变化在过去的 4.5 亿年中至少发生过 5 次。
借助 RNA 测序和超级计算机数据处理，研究人员发现一些基因在单配偶制物种中更加活跃，它们和神经发育、细胞间信号传输、学习和记忆有关。他们猜测这些基因增强了大脑的适应性和记忆能力，让动物能够识别自己的配偶、后代或居住环境，并且在成功识别时启动奖励机制。也就是说，这些动物或许能够从共同生活中得到来自大脑的积极反馈，“家人”的出现令它们感到愉悦。
相应地，另一些基因在单配偶制物种中减少了表达，不过这里有一个例外：其中一些基因在网纹箭毒蛙身上活跃程度反而增加了。杨指出这和它独特的演化历史有关：这个物种曾经都是“单身爸爸”，由雄性照顾后代，直到后来才演化出共同抚育行为。因此从演化的角度而言，它们有着和研究所涉及的其他物种不同的历史。
图中展示了研究中的物种发生分化的时间，数字单位为百万年（MYA）。颜色反映了与非单配偶制的近亲相比，单配偶制动物雄性大脑中 24 种基因的活跃程度。红色表示更加活跃，蓝色表示更不活跃。| 图片来源：University of Texas at Austin
当然，单配偶制是一种复杂的行为模式。杨指出，研究只识别出了与单配偶制关系最为密切的 24 个基因，而与之有关的基因总数可能有几百个。
单配偶制能带来一些额外的好处，例如当潜在配偶数量稀少或分布较分散时，结成伴侣能够保证个体把繁殖机会牢牢握在手里。但额外的收益总是伴随着额外的风险。论文资深作者之一霍夫曼告诉《卫报》（the Guardian）：“要在一段较长的时间内容忍另一个个体的存在，这并不容易。对方可能会抢走你的食物、你的住所，可能把病菌传染给你，还有可能伤害你。”
亲代抚育也是一个负担。“下一代就是寄生虫，他们可能会吃掉你，会占领你的资源，并且让捕食者更容易发现你，你的生活因此变得更加危险”，霍夫曼说。
霍夫曼指出，针对这些问题，演化给出了相当漂亮的解决方案：“当我们进入一段伴侣关系，或者拥有了必须照顾的后代，我们会感到这是有回报的。我们的奖赏系统被‘劫持’了，它告诉你，‘嘿，这还不错啊’。”
这项研究的结论能否推广到人类身上？或者说，人类会不会具备和这些单配偶制的动物相似的基因活动特征呢？
霍夫曼说：“我们不知道，但我们当然可以推测，这样的基因表达模式也可能出现在人类身上。”
而杨提醒大家，单配偶制不等于忠诚。许多符合社会化一夫一妻行为定义的动物都有出轨行为。人类通常被认为是一夫一妻制的，但这种制度在很大程度上受到社会和文化的塑造，它不适用于研究中对单配偶制的操作性定义。
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编译来源：
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://www.pnas.org/content/early/2019/01/02/1813775116
https://news.utexas.edu/2019/01/07/evolution-used-same-genetic-formula-to-turn-animals-monogamous/
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