东北大西洋Tope鲨（Galeorhinus galeus）多父权遗传证据及伴头部畸形的胚胎学描述

《Regional Studies in Marine Science》：Genetic evidence of multiple paternity in the Northeast Atlantic Tope shark ( Galeorhinus galeus) and associated embryological description with observations of cephalic malformations

　　

Tope鲨，亦称soupfin或school shark（Galeorhinus galeus, Linnaeus, 1758），是一种中型板鳃类，分布广、移动性高，全球被列为极危（Critically Endangered）。与许多板鳃类一样，G. galeus种群正显著下降，东北大西洋种群报告减少76%。然而，其生物学的关键方面仍不确定，包括洄游模式、繁殖性状、发育和生长率。此外，交配系统在塑造遗传多样性、有效种群大小（effective population size, N_e）以及对种群下降的恢复力方面起核心作用。本研究以从南比斯开湾（西班牙阿斯图里亚斯，东北大西洋）商业渔业捕获的8尾母体获得的141枚胚胎为研究对象。本研究提供了该区域G. galeus首个描述性胚胎学形态测量。观察到的窝仔数为6至31个个体，形态测量具有多样性。共分析118枚胚胎，总长度范围为5.41–15.7 cm，体重范围为0.47–13.97 g。来自两尾不同母体的2枚畸形胚胎显示头部异常（1例下颌异常和1例颅部异常）。这是东北大西洋G. galeus胚胎畸形的首次记录，也是全球该物种胚胎下颌畸形的首个有记录病例。所有个体均采用10个微卫星面板进行基因分型，父权分析首次在该地理区域揭示多父权（multiple paternity, MP）的发生。总体而言，这些发现扩展了现有知识，并支持针对该极危物种的保护行动。

研究背景与问题：板鳃类（elasmobranchs）被认为是受威胁最严重的脊椎动物类群之一，且海洋环境快速变化可能加剧其风险。Galeorhinus galeus为分布广、温带、底栖—大洋性Triakid鲨，自20世纪初以来长期受渔业利用，全球被列为极危（Critically Endangered）。其东北大西洋分布自挪威和不列颠群岛向南至塞内加尔并包括地中海。该物种为卵黄囊胎生（yolk-sac viviparous），胚胎完全依赖卵黄储备，无胎盘连接；妊娠期约12个月，多数种群呈三年繁殖周期，雌性平均10—17龄成熟，窝仔数平均20—35。长繁殖周期和有限窝仔数导致生物学生产力很低，使其对渔业死亡敏感。东北大西洋种群报告下降76%，但洄游、繁殖性状、发育和生长率等关键生物学仍不确定。环境胁迫对板鳃类胚胎发育和后代体况的影响证据仍主要来自实验和卵生种类，对G. galeus等卵黄囊胎生种了解有限。形态异常在多种板鳃类中有报道，原因可能涉及遗传、发育或环境因素，但不确定。交配系统决定多少个体成功贡献后代，直接影响遗传多样性、有效种群大小（effective population size, N_e）及受开发种群对瓶颈的恢复力。多父权（multiple paternity, MP）指同一窝后代由多个雄性父本贡献；其在板鳃类常见但种间和种内频率差异大。MP、繁殖回归、性分离等复杂交配系统可影响种群评估和人口趋势。因此，需要南比斯开湾G. galeus的窝仔特征、胚胎畸形和MP基线数据，以增进生活史认识并支持科学管理。

研究人员于2024年10月至2025年1月从西班牙阿斯图里亚斯商业渔业兼捕中获取8尾孕母，共记录141枚胚胎，并对可分析样本开展胚胎形态测量、病理观察和微卫星父权分析。研究得出：该区域G. galeus窝仔数为6—31，胚胎总长度5.41—15.7 cm、体重0.47—13.97 g；发现2枚头部畸形胚胎；以10个微卫星面板首次在该地理区域检测到MP，7窝中3窝（43%）存在多父权。研究意义在于扩展该极危物种的繁殖、发育和遗传学知识，并为保护和管理框架提供基线。

关键技术方法：样本来源于2024年10月至2025年1月西班牙Asturias（南比斯开湾）商业渔业兼捕、并在初级鱼市购买的8尾孕母，非为研究目的捕获。研究人员进行完整病理解剖及母体、胚胎形态测量（总长度TL、叉长FL、肛前长PCL、体宽GIR、体重和可判定性别），取尾鳍保存于乙醇用于DNA分析；采用10个微卫星位点分型，并以MICRO-CHECKER进行基因分型质控；用COLONY进行全谱系似然父权重建，用GERUD估计最少父本数，并以精确二项检验评估父本贡献偏倚，用R进行关系分析。

3.1 母体形态（Maternal Morphology）：完整尸检未发现受检雌性相关异常。孕母生殖道子宫内同时见未受精卵和受精卵（胚胎）。共记录8尾孕母和141枚胚胎；部分胚胎因保存方法被排除进一步形态和遗传分析。雌性总长度142—158 cm、体重9.4—16.6 kg，7尾雌性的可分析窝仔数（ALS）为6—26。除个体C5外，几乎所有孕母子宫内还见内部无发育胚胎但卵黄脱水的不明卵。所有卵巢处于休止期，无发育卵母细胞或卵黄生成活动。

3.2 胚胎形态（Embryonic Morphology）：胚胎包被于“蜡烛囊”中，多数伴大型外卵黄囊，并通过脐带与卵黄相连。胚胎大小在窝内和窝间变异。全部窝中总长度5.41—15.7 cm；最小胚胎来自C9窝，TL 5.41 cm、PCL 4.39 cm、体重0.47 g；C7窝有2枚几乎相同的大型胚胎，平均TL 15.11 cm、PCL 11.8 cm、体重11.51 g；C8窝胚胎最重。C8、C7和C2窝胚胎较大，C6和C9窝胚胎较小。部分胚胎尤其是C9窝多数个体无法判定性别。两枚来自不同窝的胚胎见头部畸形：C3窝1枚雌性胚胎呈颅部畸形，表现为明显颅部凹陷或“凹陷头”及过度尖突的吻部；C7窝1枚雄性胚胎呈下颌畸形，表现为下颌区域穿孔并对应下颌结构缺失。两枚畸形胚胎TL分别为11.35 cm和12.4 cm，FL 10.32 cm和11.02 cm，PCL 9.43 cm和9.92 cm，体宽3.2 cm和3.9 cm，体重4.91 g和6.77 g。该研究为东北大西洋G. galeus胚胎畸形首次记录，也是全球该物种胚胎下颌畸形首个有记录病例。

3.3 微卫星基因分型与位点选择（Microsatellite genotyping and locus selection）：本数据集9个位点多态，Gg4无等位变异且对父权推断无判别力。每位点等位基因数1（Gg4）至7（Gg12）。全同胞身份概率（P_ID-sibs）合计为4.24 × 10^?3，提示真正不同父本的后代因偶然被误判为全同胞的概率低；排除概率（P_exclusion）合计为0.975，提示在已知母本基因型时排除无关候选雄性的能力强。MICRO-CHECKER未发现所保留10个位点存在一致的大等位基因丢失或评分错误；除Gg12外，其余位点无无效等位基因迹象。Gg12显示无效等位基因证据，估计频率0.057—0.083。模糊基因型较少，通过重复扩增和分型解决；无法解决者记为缺失。四个参考个体在最终运行中等位基因谱一致，提示等位基因评分可靠。

3.4 父权评估（Paternity assessment）：COLONY显示父本贡献在7窝间变异。由于未直接采样父本基因型，推断父本数为最低估计。4窝（57%）所有胚胎归于单一父本，提示单父权；3窝（43%）分为两个父本。C3、C5、C7和C8仅见一个父本贡献者；C2和C6各有两个父本贡献者，且各由单枚胚胎（分别为C2-7和C6-3）体现；C9较复杂，C9-1、C9-5和C9-14归于与其余胚胎不同的父本。COLONY还提示C2-7与C8窝可能存在共享父本贡献；但仅Gg12位点能重建该父本两个等位基因，其他位点胚胎仅显示其一个等位基因，因此数据支持共享父本基因型，但不能证明为同一雄性个体。GERUD除C2外总体支持COLONY结果；C2中COLONY检出2个父本而GERUD仅1个。精确二项检验显示C6和C9偏离父本均等贡献：C6中一个父本基因型贡献17枚中的16枚，另一父本仅1枚（p＜0.001）；C9中一个父本贡献21枚中的18枚，另一父本贡献3枚（p=0.001）；C2较小父本组为7枚中的1枚，但差异不显著（p=0.125），原文认为可能与该窝仔数小、统计功效低有关。总体存在向单一父本基因型强烈偏倚。父本数未随可分析窝仔数显著增加（p≥0.05）；母体大小（TL和体重）与父本数或窝仔数亦无显著关系（p≥0.05），线性回归和Spearman秩相关结果一致；但样本量小（n=7）限制统计功效。

讨论总结：在卵黄囊胎生鲨中，卵黄生成对胚胎体况关键，卵黄数量和质量直接影响胚胎生长，使繁殖成为能量缓慢且昂贵的过程；繁殖周期长度可因区域种群差异而变化。子宫内未受精卵/无发育胚胎卵的可能解释包括从未受精、受精后早期分裂停止并被重吸收等，但原文指出无进一步分析不能确定。G. galeus胚胎通常以大窝同时发育，窝内和窝间大小及发育阶段有变异；本研究的TLS和胚胎大小描述与既往窝仔数报道一致。采样时间与既往提出的繁殖时间线部分重叠，但本研究无法进行季节推断，且渔具选择性可能影响兼捕样本组成。头部畸形方面，本研究首次记录东北大西洋G. galeus胚胎畸形及全球首个胚胎下颌畸形；该物种此前有颅部畸形和双头畸形记录，说明此类异常虽罕见但并非未知。胚胎畸形可能与遗传、环境和人为驱动因素有关；由于胚胎仅依赖卵黄，可能易受母体组织蓄积污染物影响，且沿海/陆架生境受人为压力，胚胎畸形或可作为环境胁迫指标，但原文强调该假设在本研究中仍属推测，需靶向毒理学分析。沿海区域可为孕母提供庇护和更安全分娩，G. galeus利用浅水保护性沿海生境作为产仔和育幼场；本研究沿海采样区与Avilés-Colunga重要鲨鳐区（ISRA）重叠，支持南比斯开湾作为该物种繁殖生态关键区域。父权方面，MP频率43%，处于鲨类较低至中等范围，并与该物种既往20—40%估计一致；由于部分窝未采集全部胚胎且部分窝较小，该估计应视为最低值，检测MP的能力受采样努力和窝仔数影响。GERUD支持C6和C9最少两个父本；C2中COLONY与GERUD不一致，符合COLONY可能高估父本数的报道，也反映似然法和排除法差异。COLONY提示C2-7与C8共享父本基因型，但无候选雄采样且仅一个位点可确定两个等位基因，应解释为同一贡献基因型证据而非同一雄性个体结论。理论上MP可在单次繁殖事件中增加贡献雄性数从而提高N_e，但其收益取决于父权分布均匀性；C6和C9的强烈偏倚代表MP的N_e收益可能有限或缺失的情形；G. galeus世代时间长，该交配结构对N_e的影响可能较寿命短物种更有限。偏倚父权亦见于其他板鳃类，常与交配频率之外的 post-copulatory processes（交配后过程）有关。MP频率在包括G. galeus在内的40种板鳃类中未显示与种群状态或灭绝脆弱性的可检测关系。孕母在比斯开湾妊娠期出现可能不成比例地影响其兼捕率，此类死亡率的直接人口学后果可能比交配系统对N_e的影响更具紧迫保护意义，但繁殖遗传数据仍应纳入东北大西洋该物种种群评估和管理框架。母体性状与父本数或窝仔数无显著相关，提示在本数据集范围内母体形态对交配结构或繁殖输出不起主要作用；其他板鳃类比较研究结果不一，说明这些动态更具情境和物种依赖性。局限包括：胚胎来自偶然捕获孕母，窝仔数可能为最低估计；采样为冬季且仅反映单季活动，限制时间分辨率并无法评估MP频率和父权偏倚的年际变化；未来需多年多季采样。MP率可受雌雄遭遇率影响，而遭遇率受种群密度和空间聚集影响；渔业等人为压力可通过改变密度和人口结构间接影响遭遇率。将父权分析与遥测数据整合可进一步理解MP驱动因素，尤其是遭遇率、雄性分布和聚集动态。最后，MP是否在种群水平转化为可测遗传收益不能仅由父权数据判定，但这不削弱在极危物种中刻画MP模式的相关性；繁殖动态、父权偏倚和交配系统结构均对管理具有直接意义。总体而言，本研究为南比斯开湾极危G. galeus的发育和繁殖遗传学提供互补认识和基线，强调将发育生物学纳入更广泛种群健康评估的重要性；胚胎形态测量和异常发生可能作为环境胁迫的早期预警信号，尤其适用于暴露于人为胁迫的慢繁殖、卵黄营养型物种；结合遗传和人口学分析，此类整合方法可为评估东北大西洋G. galeus的有效种群大小、繁殖动态和长期进化潜力提供更全面框架。

研究结论翻译：尽管存在这些限制，本研究提供了互补性见解，并为南比斯开湾极危G. galeus的发育和繁殖遗传学方面提供了基线认识。研究结果强调将发育生物学纳入更广泛的种群健康评估的重要性。胚胎形态测量和异常的发生可能作为环境胁迫的早期预警信号，尤其是在暴露于人为胁迫的慢繁殖、卵黄营养型物种中。结合遗传和人口学分析，这种整合方法可为评估东北大西洋G. galeus的有效种群大小、繁殖动态和长期进化潜力提供更全面的框架。