鯨魚啊鯨魚，你為什麼沒有口水？
這是水生生物為了適應環境所涉及的基因喪失。圖／pixabay
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，鯨魚綱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。
少了一些基因？
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。
鯨類動物從陸生四足哺乳類到水生的不同適應階段。圖／wikimedia
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。
不只沒有口水，還可以用半個腦袋睡覺
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。
在海中，鯨魚可不能只是專心睡覺。圖／gettyimage
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。
斷捨離，該丟的就丟吧
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：
- F12 在體內碰到異物表面時，會引起凝塊。鯨魚因為在海中反覆閉氣，容易在血液中形成氮微氣泡。這些氣泡就像外來的異物，會導致有害血栓生成。
- 不同於其它陸生哺乳類動物，鯨類的肺在下潛時會急遽壓縮、返回海表時快速擴張，以利牠們能一次更新肺中 90％ 的空氣。MAP3K19 和 SEC14L3 基因的丟失可以防止鯨類肺部產生損害繼而喪失彈性。
資料來源
- 本文主要編譯自：Why don’t whales have saliva?
- Marine_mammal, wikipedia
- Huelsmann, M., Hecker, N., Springer, M. S., Gatesy, J., Sharma, V., & Hiller, M. (2019). Genes lost during the transition from land to water in cetaceans highlight genomic changes associated with aquatic adaptations. Science advances, 5(9), eaaw6671.
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