佛罗里达自然历史博物馆介绍了一种有望填补鲨鱼研究空白的方法:《Molecular Ecology》发表的一项新研究利用DNA上的化学标记估算动物年龄。对于斑马鲨(Stegostoma tigrinum),研究建立的表观遗传时钟可将已知出生日期个体的年龄估算到约两年的误差范围内。
年龄并非无关紧要的生物学数据。种群的年龄结构能显示幼体补充是否充足、还有多少繁殖成体,以及捕捞压力是否可持续。然而,对于许多受威胁鲨鱼,可靠且非致死的年龄判定方法仍然缺乏。
为什么鲨鱼年龄难以确定
体长只能提供粗略线索,因为鲨鱼成熟后生长会逐渐放缓。计算椎骨中的生长带可能更有参考价值,但这些条纹并非对所有物种都同样可靠,而且取出椎骨会导致动物死亡。因此,研究人员往往只能依靠兼捕、搁浅或已经死亡的个体。
基于血液的检测可用于活鲨,并允许日后对同一个体重复取样。对于受威胁物种和长期监测项目,这一点尤其重要。
基因组中的时间化学痕迹
表观遗传时钟并不寻找DNA序列本身的变化,而是测量化学修饰,特别是附着在特定胞嘧啶位点上的甲基。这些标记可以在不改变基本遗传密码的情况下影响基因的开启或关闭。
甲基化会在一生中按照一定模式变化。基因组大片区域会随年龄增长失去甲基,而少数位点则会增加。统计模型可结合最有信息量的位点来估算年龄。许多哺乳动物和少数其他脊椎动物已有类似时钟,但鲨鱼和鳐鱼过去很少被研究。
51条鲨鱼用于校准时钟
研究团队分析了51条在水族馆出生、出生日期有记录的斑马鲨血液。样本从不足一岁的幼体到超过28岁的个体,几乎覆盖了该物种已知的整个寿命范围。
斑马鲨基因组约有37亿个碱基对。研究人员筛选出不到100个与年龄关系最明显的胞嘧啶位点。即使模型只使用十个位点,准确度也仅有相对有限的下降。
根据模型不同,已知年龄个体的绝对误差中位数为1.03至1.99年。年轻鲨鱼的预测效果最好;在年老个体中,甲基化变化趋于平缓,不确定性随之增加。
用野外出生的鲨鱼进行检验
水族馆中的饮食、压力、疾病和环境都可能影响生物学年龄。因此,用圈养个体校准的时钟不能自动直接用于野生种群。
研究人员还检测了19条在野外出生、后来进入水族馆的斑马鲨。由于确切出生日期未知,团队根据体型和接受人工照护的时间推算最低年龄。与这些估值相比,表观遗传时钟通常相差三至四年。
结果令人鼓舞,但还不能视为对野生种群的最终验证。偏差可能来自模型、真实年龄的不确定性,也可能反映历法年龄与生物学年龄的差异。未来仍需更多自由生活个体样本和重复测量。
为渔业管理和保护提供新数据
实用的年龄检测可判断种群主要由幼体、繁殖成体还是老年个体组成。如果捕捞改变这种分布,管理者可能在简单目击数量明显下降前发现预警信号。这对受捕捞和珊瑚礁栖息地丧失威胁的斑马鲨尤其有价值。
该方法目前还不是现场快速检测:血液仍需采集、处理,并分析特定DNA位点。但将时钟限制在少数可靠标记上,有望降低大规模种群取样的成本。
研究人员下一步将检验其他鲨鱼是否具有相同衰老信号。鲨鱼谱系约在4亿年前与其他脊椎动物分开,因此共同的表观遗传模式也可能揭示衰老机制在脊椎动物演化中的深远起源。


