大約五千萬年前,鯨類(Cetaceans)開始在水中生活。根據分子和形態學研究,鯨豚類很可能是由有蹄類動物演化而來。一般來說,學者傾向用「獲得新基因」來解釋生物如何在新環境下適應、進而繁衍後代,近來的研究卻表示:陸生動物為了適應水中環境既失去、也得到基因。也就是說——
失去特定基因與獲得同等重要。
基因損失在某些情況下,不僅是針對「已過時功能」所進行的隨機剃除,更可能是一種生物的適應機制。例如在陸地哺乳類動物身上負責調節熱量的體毛,在水中反而會產生阻力。沒有了體毛,鯨類就能夠提升游泳速率、減少被捕食的機會。此時,這類基因的丟失就有助於適應新環境。
科學家發現 85 個在兩種現生鯨類(鬚鯨和齒鯨)演化史中因突變失去活性的基因,有 62 個基因為新發表。其中 8 個已經確定與水生生活的適應有關:比如負責生成陸地哺乳動物口水的基因 SLC4A9。它能幫助分解澱粉和潤滑口腔,但這功能在水生環境中顯然不太重要,加上唾液的分泌會加速體內淡水流失,對生活在高張溶液(海水)中的鯨類來說十分危險。
作為海中哺乳類動物,鯨魚發展出「單側腦半球」的睡眠現象:讓一半的大腦睡覺、一半維持清醒,防止因深度睡眠而錯過換氣。為此,牠們失去了數個和分泌褪黑激素有關的基因。
另外,鯨類還失去了負責凝血的 F12 和 KLKB1,避免血管在海裡生成血栓註1;剔除 MAP3K19 和 SEC14L3 基因則可以防止鯨類的肺臟失去彈性註2。其它種基因的喪失可以降低 DNA 修復機制下產生的基因突變,調整血液中因深度潛水所需之高氧對身體造成的損害。
透過以上舉例,我們得以稍微理解水生哺乳類的演化史,對生物在適應上的演化機制也多了不同的思考方向。原本棲息在陸上的哺乳類,要想在完全不同的水生環境下生活就得做出必要的割捨;換個環境,原本有益的基因,反而有可能會產生致命傷害。筆者在這裡便套句老話做個結尾:
沒用的東西不丟,是要留著過年逆!?
共勉之。
註: