近亲繁殖导致濒临灭绝的虎鲸数量减少

太平洋西北地区濒临灭绝的南居虎鲸种群体积小且与世隔绝，导致了高水平的近亲繁殖。根据一项新的研究，这种近亲繁殖导致了它们的下降，随着周围虎鲸数量的增加，这种下降还在继续。

　　

太平洋西北地区濒临灭绝的南居虎鲸种群体积小且与世隔绝，导致了高水平的近亲繁殖。根据发表在《自然生态与进化》杂志上的研究，这种近亲繁殖导致了它们的数量下降，随着周围虎鲸数量的增加，这种下降还在继续。

这项开创性的新研究将现代基因组学与数十年的仔细实地观察结合起来。一个国际研究团队填补了我们对南方常驻虎鲸数量为何无法繁荣发展的理解上的一个主要空白。

对73头鲸鱼种群的最新基因组测序表明，近亲繁殖是一个重要问题，此外还有几十年前海洋公园捕获的人类影响。其他众所周知的导致它们数量下降的因素包括干扰、污染物和可能的猎物限制。

通过减少它们的生存，近亲繁殖可以使鲸鱼的寿命缩短近一半。如果没有来自其他种群的基因流入，或者环境条件没有其他重大改善，近亲繁殖很可能会继续下降。

研究人员总结道:“这些结果表明，近亲繁殖的减少会极大地限制濒危种群的恢复。”

美国国家海洋和大气管理局渔业西北渔业科学中心的遗传学家马蒂·卡多斯是这项新研究的主要作者之一，他说:“这对所有关心这种与西北密切相关的独特虎鲸种群的人来说都是一个艰难的消息。”“与此同时，这开始回答长期以来的问题，为什么大规模的复苏努力没有产生我们希望的结果，以及未来的选择可能是什么。”

南方虎鲸基因组测序

这项研究包括2018年开始的南方虎鲸基因组测序的第一个主要发现。这项研究是与基因组学公司华大基因(BGI)和大自然保护协会(the Nature Conservancy)合作进行的。该项目已经破译了大约100头南方虎鲸的DNA，其中包括一些近年来死亡的虎鲸。它还研究了东北太平洋其他种群的鲸鱼。

“长期以来，我们一直在努力理解为什么这个种群的存活率和出生率一直低于该地区的其他虎鲸，而这项研究强调了近亲繁殖个体和死亡风险增加之间的紧密联系，”科学中心的统计学家、该研究的合著者埃里克·沃德(Eric Ward)说。“这是我们以前从未有过的观点，它开始填补我们理解上的空白。”

解决已知威胁

从历史上看，研究人员主要关注南方虎鲸的三个主要威胁:

• 鲑鱼猎物的波动

• 有毒污染物

• 船舶和其他船舶的干扰和噪音

美国国家海洋和大气管理局渔业部门的2008年恢复计划将近亲繁殖列为一个令人担忧的问题，但直到最近，科学家才有技术来衡量近亲繁殖对种群的影响。

新的研究表明，近亲繁殖严重限制了鲸鱼数量的增长和恢复，使鲸鱼更容易受到其他威胁。西雅图西北渔业科学中心(Northwest Fisheries Science Center)负责鲸鱼实地研究的科学家布拉德·汉森(Brad Hanson)说，这凸显了通过恢复鲑鱼栖息地和其他手段解决鲸鱼面临的其他威胁的紧迫性。

他说:“鲸鱼不一定死于近亲繁殖本身，它们过早死亡是因为近亲繁殖使它们更容易受到疾病或其他问题的影响。”“我们需要把这些因素产生影响的可能性降到最低。”

近亲繁殖缩短寿命

虎鲸大约在10岁左右开始繁殖，在20岁出头时达到繁殖的黄金时期。新的分析显示，与近亲繁殖最少的人相比，高度近亲繁殖的南方虎鲸在黄金时期存活到40岁的机会不到一半。近亲繁殖率低的雌性鲸鱼寿命足够长，一生平均能生育2.6个后代。近亲繁殖率高的人在较短的寿命内平均只生育1.6个后代。

动物种群必须每只雌性至少生育两个存活后代才能保持稳定或数量增加。

野生动物管理者通常通过在动物园或水族馆进行圈养繁殖，或通过从其他地区引入动物来增加遗传多样性，来解决小群体的近亲繁殖问题。然而，这不太可能帮助南方虎鲸，他们选择不与其他虎鲸繁殖。据悉，它们会在自己的水域遇到其他虎鲸，但只在自己的种群中繁殖。

在20世纪60年代和70年代，海洋公园从萨利希海移走了大约50头常驻虎鲸。其他人在抓捕中死亡。大部分是南方虎鲸。这降低了已经被孤立的种群的遗传多样性。这也可能使该种群处于竞争劣势，因为太平洋东北部的其他食鱼虎鲸数量增加了两倍，为鲑鱼猎物带来了更多的竞争。

少数鲸鱼占主导地位

早期的基因研究是由西北渔业科学中心的资深科学家迈克尔·福特领导的，他是目前这项研究的合著者之一。研究表明，南方虎鲸经常在他们的家庭群体中交配。2018年的分析发现，科学家有样本的1990年以来出生的幼鲸中，有一半以上是两头雄性鲸鱼的父亲。少数鲸鱼的主导地位阻止了基因混合，否则有助于避免近亲繁殖和适应环境变化。

当时，在南部居住的76只濒危鲸鱼中，只有26只在繁殖。减少种群的有效规模增加了近亲繁殖的可能性，并危及个体动物的生存。这种减少的生存导致了鲸鱼数量缺乏持续的增长，包括从20世纪90年代中期的近100头鲸鱼下降到现在的73头。

科学家们利用模型来预测人口的未来，假设环境条件是过去几十年的平均水平。当他们假设所有鲸鱼的生存概率都与近亲繁殖最少的动物相同时，鲸鱼的数量就会增加。然而，当他们应用近亲繁殖种群的实际生存几率时，这个数字下降了。

沃德说:“认为这仅仅是近亲繁殖导致数量下降是错误的。”“在过去的50年里，这一人口受到了多种压力因素的影响，各种威胁对南方虎鲸的相对影响随着时间的推移而波动。这些综合影响，再加上虎鲸的交配系统——只有少数雄性对基因库有贡献——可能使近亲繁殖成为近年来更严重的威胁。”

Journal Reference:

1. Kardos, M., Zhang, Y., Parsons, K.M. et al. Inbreeding depression explains killer whale population dynamics. Nat Ecol Evol, 2023 DOI: 10.1038/s41559-023-01995-0