Science：鲸鱼基因的突变率远高于之前的报道

由荷兰格罗宁根大学和美国海岸研究中心领导的一个国际海洋科学家小组研究了四种不同鲸鱼物种的家庭群体的DNA，以估计它们的突变率。利用新确定的比率，该组织发现，捕鲸前北大西洋座头鲸的数量比之前的研究结果低86%。

　　

由荷兰格罗宁根大学和美国海岸研究中心领导的一个国际海洋科学家小组研究了四种不同鲸鱼物种的家庭群体的DNA，以估计它们的突变率。结果显示，变异率比之前认为的要高得多，这与人类、猿和海豚等小型哺乳动物的变异率相似。利用新确定的比率，该组织发现，捕鲸前北大西洋座头鲸的数量比之前的研究结果低86%。这项研究首次证明了这种方法可以用来估计野生种群的突变率，并发表在Science上。

突变率是遗传学和基因组学中的一个关键参数，用于确定进化和适应的速度。它也被用来计算海洋中鲸鱼的数量，直到它们被大规模商业捕鲸大量捕杀。然而，估计鲸鱼或任何野生物种出现新突变的速度是困难的。

血统的方法

长期以来，系统发育方法被用来测量突变率。这种方法使用来自不同物种的化石数据来估计它们何时分化。随后，对这些物种的DNA进行比较，以推断出自分化以来发生了多少突变。“然而，化石记录并不是那么准确。格罗宁根大学(University of Groningen)海洋进化与保护教授Per Palsbøll说，随着时间的推移，一些突变可能已经消失了。他从20世纪80年代末开始研究鲸鱼，是《科学》杂志那篇论文的通讯作者。

最近的一种方法是系谱法，它使用一对父母及其后代的基因组来识别后代的新突变。这种更直接的方法依赖于很少的假设，是比较不同物种(如鲸鱼和人类)之间突变率的理想方法。

特别是在野生物种中，挑战在于从父母及其后代身上获得组织样本。第一作者Suárez-Menéndez:“这种方法只在少数野生动物身上使用过，比如一对狼和它们的幼崽。它也被用来估计动物园动物的突变率，尽管还不确定这是否反映了野外条件非常不同的突变率。然而，这个由来自荷兰、美国、格陵兰岛、丹麦、加拿大和英国的科学家组成的团队，在一项持续了30多年的合作中，能够使用从鲸鱼身上收集的皮肤活检样本。

1988年，Per Palsbøll在西格陵兰岛海域的冰山中收集了他的第一个鲸鱼活检样本。“为了做到这一点，我们必须航行到离鲸鱼很近的地方，然后用弓弩发射空心镖。飞镖会打出样本，然后从收集样本的地方弹回水中。

使用系谱法测量突变率的第一步是找到幼鲸的双亲。这就是大规模DNA分析的用武之地。Suárez-Menéndez分析了另一位第一作者Martine从DNA中的微卫星标记生成的数据。这种DNA是从大量鲸鱼活检样本中提取出来的，用于创建个体的遗传指纹。“我筛选了微卫星数据，以找到作为母亲和幼崽相关的个体。接下来，我在数据库中寻找可能的父亲。”

通过这种方式，他成功地在四种不同的鲸鱼物种中确定了212个可能的父母和后代三人组。8个三人组的DNA随后被送去进行基因组测序。在最后的亲子鉴定后，Suárez-Menéndez和他的同事们估计了幼鲸中新突变的数量和鲸鱼的平均突变率。

工业捕鲸

研究结果表明，鲸鱼的基因突变率与人类、猿类和海豚等小型哺乳动物的基因突变率相似。相比之下，使用系统发育方法对鲸鱼的早期估计要比这些较小的哺乳动物低得多。Suárez-Menéndez:就像人类一样，大多数新的突变来自父亲。所以，鲸鱼在这方面与我们非常相似。”

研究小组还使用了一种略有不同的母系谱系方法来估计线粒体DNA的突变率，线粒体是细胞的“发电厂”。这种方法到目前为止只在企鹅身上使用过。线粒体和它们的DNA是通过母系遗传的，Suárez-Menéndez利用了缅因湾四十年来座头牛和小牛对的观测数据，由海岸研究中心的资深作者乔克·罗宾斯指导。Suárez-Menéndez解释说:“我们的研究表明，鲸鱼线粒体DNA的突变率也比基于系统发育方法的早期估计要高得多。”

新确定的更高的突变率被用来推断工业捕鲸之前北大西洋的鲸鱼数量。结果比之前报道的基于系统发育突变率的估计低86%。“我们新的突变率表明，在商业捕鲸之前，大约有2万头座头鲸生活在北大西洋，而之前的估计是15万头，”Per Palsbøll说。这是一个重要的信息，不仅对鲸鱼的保护，而且对我们在捕鲸之前了解海洋状况也很重要。“另一个影响广泛的结论是，我们的研究表明，估计野生动物的突变率是完全可行的。”

癌症

鲸鱼中与人类相似的突变率也导致作者拒绝了皮托悖论的一个可能原因。这是一种观察，在物种水平上，癌症的发病率似乎与生物体中细胞的数量无关。例如，鲸鱼的细胞比人类多100到1000倍，所以如果它们的癌症发病率和人类一样，它们应该在很小的时候就得癌症。人们提出了几种保护这些大型海洋哺乳动物免受癌症侵害的机制。其中之一是由于鲸鱼的代谢率低得多，所以突变率较慢。但事实并非如此，这一发现意味着其他机制可能在鲸鱼身上起作用，比如防止癌症的p53基因拷贝数量的增加。

最后，由于这项研究依赖于几十年来收集的大量组织样本，《科学》杂志的论文强调了长期生态研究项目的重要性。