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破解鳄鱼变性之谜
来源:中国科学报      作者:宗华      时间:2017-09-05 00:00      关键词:

生活在哥斯达黎加塔尔科莱斯河的美洲鳄鱼。图片来源:ROBERT BLANKEN

接连3个旱季,Chris Murray都呆在哥斯达黎加帕洛贝尔德国家公园内以及附近地区。他要捕捉美洲鳄鱼,并且在一个成员持续流动的团队的帮助下判定它们的性别。

即便是在晚上,炎热的天气也会令人窒息。当该团队乘着摩托艇顺流而下或者从岸边悄悄接近鳄鱼时,成群的蚊虫会在头灯附近转圈。当Murray和同事看到通常将一半身体没入水中的鳄鱼时,会涉入水中跟踪或者乘船追赶它。

在一次典型的抓捕中,Murray的朋友Mike Easter会利用2米多长的杆子上的绳套将鳄鱼套住。Murray说,当鳄鱼挣扎时,“每个人都在大声吼叫着”。一旦鳄鱼变得“冷静”点,他们会用毛巾盖住它的眼睛,用胶带封上嘴巴,并将其拖上岸。

在研究了帕洛贝尔德国家公园内近500条鳄鱼的生殖器后,Murray和同事发现了一些奇怪的事情:鳄鱼的性别比例严重失衡,在刚孵化的鳄鱼中雄性数量是雌性的4倍。更重要的是,鳄鱼的生殖器受到合成类固醇的污染。研究人员怀疑,这导致它们出现了性别转换。

这种名为17α-甲基睾酮(MT)的激素有时会开给睾酮不足的男性或者患有乳腺癌的年老女性服用。它是如何进入生活在哥斯达黎加乡村地区的鳄鱼体内的?

一个可能的线索是:公园附近的渔民用含有这种激素的食物饲养罗非鱼。MT会将雌罗非鱼转变成生长得更快且更有利可图的雄鱼。目前,Murray和同事正在研究来自渔场的MT是否通过某种方式污染了鳄鱼。

并未参与此项研究的美国北卡罗莱纳州马尔斯希尔大学生理学家Matthew Milnes 表示,此项发现对“鳄鱼种群和更加广泛的生态群落产生了重要影响”。除了扭转性别比例,MT可能还在干扰鳄鱼的繁殖。这也是一大担忧,因为美洲鳄鱼已被列为易危物种,而帕洛贝尔德国家公园是它们生存的重要据点。污染可能还在改变鳄鱼的行为,使其变得更加好斗。如果是这样,同人类的冲突便会增加。它们还会伤及乌龟、鸟类、鱼和其他水生生物。同时,由于整个热带地区的鱼类养殖场正在用含有MT的食物喂养罗非鱼,因此这种激素可能在其他地方也引发了问题。

雌雄鳄鱼比例严重失衡

当2012年Murray作为阿拉巴马州奥本大学的一名研究生来到帕洛贝尔德时,他正在寻找比较有趣的论文项目。“你将研究鳄鱼。”公园研究站负责人Mahmood Sasa告诉他,并提供了一个有待展开深入调查的题目:最新研究发现,该区域雄性鳄鱼和雌性鳄鱼的比例达到3:1。

为验证这一说法,Murray和Easter、Sasa组成团队,以捕捉尽可能多的鳄鱼并且弄清楚正在发生什么。在辨认了来自7个地点的474条鳄鱼的性别后,他们发现,鳄鱼的性别比例比此前研究显示的更加偏向雄性,雌雄之比约为1:3.5。这种差异在不同年龄段均成立。在刚孵化的鳄鱼中,雄性占据近80%;在成年鳄鱼中,雄性占据60%。他们在2015年报告了这一发现。

不过,这些数字正变得更加令人吃惊,因为日益变暖的气候可能驱动鳄鱼性别比率向其他方向发展。和人类不同,鳄鱼和短吻鳄没有性染色体。相反,胚胎变成雄性还是雌性取决于孵化期间巢穴的温度。帕洛贝尔德平均较低的温度在不到20年的时间里上升了约2.5℃。为阐明升温产生了什么影响,Murray和同事在塑料蛋内藏了温度记录仪后将它们埋在25个鳄鱼巢穴里。该团队基于巢穴温度估测,刚孵出的雌性鳄鱼数量接近雄性的2倍。他们在去年报告了这一发现。Murray等人提出,可能是一些事情正在推翻此前的温度效应。

性别演变出现偏差

研究人员听说,公园附近的若干罗非鱼养殖场使用MT。他们怀疑,这可能令鳄鱼的性别演变出现偏差。为验证该想法,他们将3种不同浓度的MT抹在美洲短吻鳄的卵上,并在随后将卵放置在应当只会产生雌性鳄鱼的温度下孵化。在添加了两种最高浓度MT的卵中,约有60%发育成雄性鳄鱼。“MT确实对鳄鱼的雄性化产生了影响。”Murray表示。

今年4月,另一个谜题也得以破解。该团队报告称,在帕洛贝尔德鳄鱼的血液和蛋黄样本中发现了这种化学物质,从而证实它们曾暴露在MT中。尼加拉瓜国立自治大学环境科学家Jeffrey McCrary表示,和此前假设相反,“这种激素在一些野外条件下并未被生物降解”。

监管机构基于其他研究认为,靠含有MT的食物长大的罗非鱼对于人类来说是可以安全食用的。不过,北卡罗莱纳大学教堂山分校分子生物学家Elizabeth WilsonWilson表示,MT在环境中零散存在的证据令人担忧。“我不能告诉你它对人体有危害。”Wilson说,“但低水平的雄激素对于怀孕女性来说是有害的。”

破解激素来源

破解MT的来源一直是个大问题。“正常情况下,MT不会在环境中产生。”目前在北卡罗莱纳州立大学担任兼职教授的环境保护署生殖毒理学家L. Earl Gray介绍说,“它只会在有人类活动的环境中出现。”Murray认为,附近的罗非鱼养殖场成为自然而然的“疑凶”,因为它们能提供这种激素的水生来源,尽管它如何到达鳄鱼体内仍不明确。鳄鱼有时会溜进养殖场内饱餐一顿。

不过,Murray表示,帕洛贝尔德地区所有接受测试的鳄鱼都含有MT,而“它们不可能都去过养殖场”。相反,他和同事怀疑,罗非鱼从养殖场逃走然后被鳄鱼吃掉。随后,鳄鱼吸收了MT并将其储存在脂肪中。当雌性鳄鱼产卵时,它们将这种激素传递给后代。

佛罗里达大学生态学家、一直在拉丁美洲研究罗非鱼产业的Frank Chapman认为,MT源自养殖场的说法“令人信服”。在全球为罗非鱼养殖场提供咨询的亚利桑那大学渔业生物学家Kevin Fitzsimmons表示,这种情况未必会发生,但是也有可能,“尤其是MT被处理不当或者无意中被释放出来”。

Murray承认,他和同事并没有涉及养殖场的直接证据,并且正在研究其他潜在的来源。这种化合物还在距离帕洛贝尔德很远的地方出现——来自100多公里外、属于另一河流系统的塔尔科莱斯河鳄鱼群的血液和蛋黄。Murray表示,来自帕洛贝尔德的受污染鳄鱼可能迁徙到塔尔科莱斯地区。不过,MT也可能通过其他路径进入环境,比如位于该国首都圣何塞的上游支流带来的污染。由于人类正在服用这种激素,无论是合法还是非法,因此它可能进入城市下水道。Fitzsimmons表示,健身爱好者使用了如此多的MT,以至于和罗非鱼养殖场相比,他们更有可能引发那里和帕洛贝尔德公园内的污染。

不过,如果养殖场是源头,他和Chapman认为,问题会更容易解决。Fitzsimmons介绍说,养殖场可能没有恰当地处理盛放MT的容器,而这很好解决。Chapman则认为,在拉丁美洲流行的细粉状饲料容易在养殖罗非鱼的池塘底部堆积,然后被冲进周围的水道或者无意中被进入池塘的鳄鱼和其他动物吞掉。生产类似于在美国出售的较大颗粒,能增加食物在MT泄漏进环境之前便被吃掉的几率。他预测说,如果养殖场出现了问题,整个行业将愿意采取措施保护鳄鱼。“此类事情会让水产养殖业丧失信誉。”Chapman表示。(宗华编译)


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