随机交配真的非常罕见吗?

随机交配——整个种群内个体随机配对——在自然界并不常见,不过少数活动能力极强的物种接近这一状态。

直接答案

是的,随机交配——即一个种群内个体随机配对、不存在遗传亚结构——在自然界中总体上是罕见的。经典群体遗传学把它当作一种理想状态,而真实种群很少能达到[1];现代遗传调查也一再在原本假定为随机交配的地方发现隐藏的结构,包括波罗的海的一个鱼类种群[2]。显著的例外是那些活动范围大到足以抹平局部差异的物种,例如一种广泛分布的群居水鸟[5]。

5篇文献引用

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随机交配到底需要什么条件

随机交配不只是“个体之间会交配”。它意味着种群中每个个体与任何其他个体交配的机会均等,从而使基因在整个分布区内自由混合。这是一个苛刻的条件:它要求没有阻碍移动的屏障,没有把群体拉开的局部适应,也没有让邻近个体彼此交配的行为。邓恩在1947年指出,这种随机交配“几乎不可能扩展到广阔”区域,并明确表示随机交配在自然界中很少见[1]。

原因很直观。任何使亚群彼此分隔的力量——地理、行为,或在不同地点偏好不同性状的选择——都会把单一的混合池拆成碎片。即使基因流相当大,也可能不足以让一个物种完全均质化。

为什么遗传研究不断推翻假定的随机交配

渔业管理常常假定一个鱼类种群就是一个相互交配的单位,而这一假定在更仔细的审视下屡屡失败。在波的尼亚湾,研究人员使用全基因组标记(RAD-seq,即读取许多分散的DNA小片段)对来自八个地点的266条白鲑进行了基因分型。他们发现卡利克斯河的鱼与其他采样点之间存在明显的遗传分化,瑞典与芬兰海岸之间也有较弱的结构,从而否定了随机交配的假说[2]。

实际意义在于,这种偏离很细微。作者将其描述为“低但显著”的结构,只有全基因组数据才能检测到[2]——这提示,过去被称为随机交配的一些种群,可能只是从未被足够仔细地检查过。检测到的差异有一部分位于此前与耐盐性和盐胁迫相关的基因中,暗示局部环境条件可能有助于维持这种分化,不过该研究将此作为可能的关联而非已证实的因果来呈现[2]。

随机交配何时成立:活动能力极强的例外

随机交配并非不可能——它出现在移动程度足以压倒局部差异的地方。在北美各地采样的美洲白鹈鹕显示出与单一随机交配种群一致的遗传模式,作者本人也指出,随机交配在陆生物种中是罕见现象[5]。一种活动范围覆盖整个大陆的群居水鸟,已经接近自然界所能提供的单一混合池了。

同样的逻辑也出现在狐蝠身上,它们极强的活动能力在不同物种间产生了对比鲜明的模式——有些表现出类似随机交配的混合,另一些则表现出距离隔离,即遗传相似性随地理距离增加而下降[4]。换句话说,活动能力就是杠杆:足够强,结构就会消解;太弱,种群就会碎片化。

随机交配为何罕见,这在实践中很重要

如果一个种群确实是随机交配的,把它作为一个单位来管理是合理的。如果不是,把它当作一个单位管理,就可能侵蚀那些可能携带局部有用适应的独特亚群。白鲑研究明确从这一角度阐述了其发现,认为对细微遗传结构刻画不足导致了不恰当的渔业政策[2]。

还有一个建模角度。偏离随机交配的种群随时间表现不同:理论工作把对随机交配的偏离视为快速变化的量,而等位基因频率变化缓慢,这意味着即使总体基因频率看起来稳定,偏离随机交配的程度也可能大幅波动[3]。这使得随机交配成为一个对模型方便、但在野外假定它有风险的一种简化假设。

本文引用的文献

1

隔离群对一种罕见人类基因频率的影响

指出随机交配在自然界中很少见,随机交配几乎不可能扩展到广阔区域。

2

波的尼亚湾白鲑缺乏随机交配——对渔业管理的启示

全基因组标记显示波的尼亚湾白鲑存在低但显著的遗传结构,否定了该种群的随机交配。

3

偏离随机交配的种群

分析了偏离随机交配的种群,将对随机交配的偏离视为快速变化的变量,而等位基因频率演化缓慢。

4

极强的活动能力在四种狐蝠(Pteropus)中造就了随机交配、距离隔离与杂交的对比模式

发现四种活动能力极强的狐蝠在随机交配、距离隔离和杂交方面呈现出对比鲜明的模式。

5

一种广泛分布的群居水鸟在大陆尺度上的随机交配

发现与北美美洲白鹈鹕单一随机交配种群一致的证据,同时指出随机交配在陆生物种中罕见。