遺傳多樣性最豐富的物種是什麼？一隻有20種顏色的蝴蝶？一種細菌每 20 分鐘分裂一次，積累遺傳基因一路上？
事實證明，目前的紀錄保持者可能是一種以腐木為生的蘑菇。這，在光譜的另一端，具有非常低的遺傳多樣性。這對山貓來說是個壞消息，因為擁有高遺傳多樣性是有利的——它基本上可以讓生物體適應環境的變化。
那麼，什麼是多樣性，以及物種如何獲得大量多樣性？
從本質上講，遺傳多樣性是衡量兩個位點出現頻率的一種度量。多倫多大學生態與進化生物學系教授阿舍·卡特（Asher Cutter）告訴《生活科學》雜誌，來自同一基因組位置的群體在一個群體中彼此不同。 DNA 由字母 A、T、C 和 G 代表的鹼基組成，它們與它們的主鏈一起被稱為核苷酸。遺傳多樣性可以表示為核苷酸多樣性，或基因組內給定物種的兩個個體預計具有不同 DNA 鹼基的位置的百分比。
裂開的鰓蘑菇（常見裂褶藻）根據 2015 年發表在該雜誌上的一項研究，其核苷酸多樣性高達 20% 分子生物學與進化。根據這項研究，這是迄今為止報導的最大的遺傳多樣性，或細胞有細胞核的生物體。換句話說，兩種不同的蘑菇在其基因組中每 100 個位置中大約有 20 個位置具有不同的 DNA 鹼基。這比之前的記錄保持者蛔蟲的遺傳多樣性還要高秀麗隱桿線蟲釀酒廠，據 Cutter 及其同事在該雜誌上發表的 2013 年研究顯示，其核苷酸多樣性為 14.1%美國國家科學院院刊。這些物種被認為具有遺傳高度多樣性，定義為核苷酸多樣性大於 5%。大多數植物和動物的核苷酸多樣性低於該值。 Cutter 說，為了進行比較，人類的核苷酸多樣性約為 0.1%。
和卡特說，往往具有非常高的遺傳多樣性。但卡特說，很難對細菌和病毒之間以及真核生物之間的遺傳多樣性進行同類比較，因為在這些類別中物種的定義不同。為了簡單起見，我們將討論限制在真核生物的遺傳多樣性上，其中包括所有的動物、植物和生物體。在。
卡特說，影響物種遺傳多樣性的關鍵因素是其突變率、種群規模和種群穩定性。他說，遺傳多樣性是通過突變產生的，因此突變率越高，一個物種獲得的突變越多，其遺傳多樣性就越大。卡特指出，同樣，人口規模越大，可用於積累創造遺傳多樣性的突變的基因組拷貝就越多。相反，人口越少，遺傳多樣性就越低。研究遺傳多樣性的研究人員關注的是種群中正在繁殖並因此傳遞遺傳物質的個體數量。這個數字稱為有效人口規模。卡特說，雖然與人口總規模成正比，但有效人口規模可能要小得多。
他補充說，如果一個種群經歷了瓶頸，或者發生了一個導致大部分種群滅絕的事件，在一段時間內成為一個較小的群體，然後又反彈，那麼由此產生的種群的遺傳多樣性將會降低。這發生在現代歐洲野牛身上（野牛博納蘇斯），第一次世界大戰期間幾乎滅絕，當時野外僅存 12 只，。
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高多樣性
具有極高遺傳多樣性的裂鰓蘑菇遍布每個大陸，但，使其擁有非常高的有效人口規模——大約數百萬。根據 2015 年的論文，蘑菇的突變率也異常高，約為果蠅的 10 倍黑腹果蠅。作者在論文中寫道，這兩個因素都可能導致蘑菇的高度遺傳多樣性。
巨大的有效種群規模（也有數百萬）可能解釋了線蟲的高度多樣性C、釀酒廠，卡特補充道。 “該物種發現於世界熱帶地區，[蠕蟲]在那裡吃腐爛水果和腐爛植被中的細菌，這是一年中大部分時間都可以獲得的極其豐富的食物資源，”卡特說。它們也很小——大約 0.04 英寸（1 毫米）長——這意味著很多蠕蟲可以生活在狹小的空間裡。 “我們認為，由於[這些因素]，它們可以達到非常巨大的種群規模，這就是它們擁有如此大的遺傳多樣性的原因，”卡特說。
卡特說，遺傳多樣性很重要，因為它使物種能夠適應環境的變化。 “如果一個物種的遺傳多樣性非常低，那麼就沒有可供進化使用的原材料，”他補充道。如果出現一種疾病，通過針對某個版本的病毒來殺死生物體，這是該物種唯一的版本，這種疾病可能會消滅整個物種。相比之下，如果該物種的基因內存在遺傳變異，也許其中一種版本可以使個體抵抗疾病，從而拯救該物種。
多樣性低
面臨此類風險的動物之一是山貓。伊比利亞山貓（山貓豹在西班牙國家研究委員會多納納生物站研究山貓種群基因組的分子生態學家和保護遺傳學家何塞·戈多伊 (José Godoy) 表示，其核苷酸多樣性僅為 0.026%，是所有物種中最低的之一。戈多伊說，伊比利亞山貓基因變異如此之少的一個原因是，它在過去幾個世紀中經歷了一系列種群瓶頸，使其有效種群規模保持在 300 只以下。戈多伊告訴《生活科學》雜誌，到 20 世紀末，其有效人口已降至 30 人。當人口減少時，通過瓶頸的突變（包括有害突變）可能會對整個人口產生相對較大的影響，因為總體人口較小。例如，1000 個人中的 10 個有害突變的影響小於 100 個人中的 10 個有害突變的影響。戈多伊說，因此，“最近的瓶頸導致的低遺傳多樣性還伴隨著中等有害變異的積累，這將降低整體適應性。”
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他說，伊比利亞山貓的遺傳多樣性較低，這可能是其繁殖能力較低和疾病發病率較高的原因，而這些疾病很可能是遺傳性的。瀕臨滅絕的物種面臨著狩獵、棲息地喪失等威脅（與和人類發展）和獵物的喪失（）對於疾病，根據 國際自然保護聯盟 (IUCN) 紅色名錄。戈多伊表示，歐亞山貓的遺傳多樣性也較低。
除了面臨的威脅之外，山貓的數量相對較少還有另一個原因：它位於食物鏈的頂端。為了獲得足夠的食物，大型頂級掠食者的數量必須少於它們所吃的小型動物的數量。卡特說：“食肉動物的數量較少，尤其是像山貓這樣的獨居型食肉動物，將導致它們的遺傳多樣性非常低。” “你在，”他補充道。那隻大貓有一個 遺傳多樣性極低0.02%。
儘管人類的遺傳多樣性約為 0.1%，遠高於山貓，但“當你考慮到這個星球上有數十億人類的事實時，這個數字相當低，”卡特說。 “原因是，我們在相對較短的時間內只有數十億人口，”他補充道。 “隨著種群的增長創造遺傳多樣性，突變需要時間在種群中積累。”
卡特說，近代歷史上人類有效人口規模估計約為 100,000 人，但長期估計的人口規模要低一個數量級，約為 10,000 人。我們的有效種群規模不像裂鰓真菌那樣只有數百萬，但比伊比利亞山貓的數量要高得多。卡特說，如果人類將龐大的人口數量再維持數千年，他預計我們的遺傳多樣性也會相應增長。
關於《Live Science》的原創文章。
