广东大亚湾海洋生态系统国家野外科学观测研究站
科学普及想知道海豚几岁？不妨问下它们的便便
作者: 大亚湾站 更新时间: 2024-06-04
本文转载自公众号 任天
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/51rh1UYWPhMhyI5ks4-TkQ
通过改良一项基于DNA的年龄估算技术，科学家有了计算野生海豚年龄的新方法。
▲印太瓶鼻海豚主要分布在太平洋和印度洋近岸海域，背部为深灰色，腹部浅灰色或近白色，接近成年的海豚会开始有灰色斑点。图/ wiki
动物都会排便，人类也是。在生物学研究中，科学家们视便便如宝，因为一旦你克服气味，便便就会成为你了解诸多信息的宝库。
科学家已经利用粪便来追踪虎鲸等濒危物种的健康状况，水獭的粪便甚至有助于科学家了解重要的营养物质如何在海洋和陆地食物网中流动。在一项新研究中，科学家阐述了便便的另一个绝佳用途：用非入侵性的方式测定印太瓶鼻海豚（Tursiops aduncus）的年龄。
目前，研究人员有好几种方法来计算海洋哺乳动物的年龄，但这些技术都具有相当的侵入性。一种方法是捕捉海洋哺乳动物并拔下它们的牙齿，然后测量牙本质生长的层次，有点像数树的年轮。另一种方法是应用所谓的“表观遗传时钟”技术（epigenetic clock，又称表观生命钟），即通过测量DNA甲基化修饰的年龄标志物，来评估动物的年龄。该方法通常需要采集皮肤样本，而科学家主要是用步枪或十字弓进行采集。
拔牙在大部分情况下是安全的，但会给动物带来感染和其他健康问题的风险。而且对动物来说，拔牙和皮肤组织采样都会带来压力。这项新研究的第一作者、日本三重大学的博士生八木原风（Genfu Yagi）表示，给动物施加压力可能会改变它们的健康或行为，也会影响科学家对其自然生态的了解，因此需要非侵入性的年龄估算方法。
▲野生印太平瓶鼻海豚的寿命可达40多岁。图/ Blue Planet Archive/Alamy Stock Photo
解决方案：便便分析法
2019年和2020年发表的研究显示，基于皮肤样本的表观遗传时钟技术也适用于粪便样本，但在这些研究中，科学家采集的粪便样本来自黑猩猩和日本猕猴。八木原风想知道，这种方法是否也能用于估算海洋哺乳动物的年龄？
于是，他和同事们在2014年至2021年期间，在日本御藏岛附近潜水以寻找海豚粪便。他们的目标是这里的印太瓶鼻海豚种群。自1994年以来，该种群就一直受到研究，其年龄都已有据可查。
你相信吗？游过海豚粪便其实并不像听起来那么恶心。据八木原风描述，海豚粪便看起来就像烟幕，有一些小团块，但气味并不难闻，更像鱼腥味，而不是典型的人类或宠物粪便的气味。
实验室分析证实，通过测量粪便样本的DNA甲基化率，可以较为准确地估算海豚的年龄，基于粪便的方法与以往的侵入性方法一样可靠，这在海洋哺乳动物中尚属首次。
▲该图展示了模型1估算年龄的准确性。a是进行交叉验证前的结果，b是验证后的结果。
蓝色虚线为平均绝对误差（MAE）范围，黑线为y=x，即理想情况下估算年龄与实际年龄完全一致的情况。
换言之，结果越接近黑线，模型就越准确。图/ Yagi, G., et al, 2024
加州大学洛杉矶分校的遗传学家史蒂夫·霍瓦特（Steve Horvath）是表观遗传时钟技术的发明者，并于2011年首次验证了利用该技术计算人类年龄的有效性。他认为，这项新研究极具创新性。
虽然这种方法仍需微调和改进，例如，八木原风的试验在哺乳期的雌性海豚身上效果并不好，但霍瓦特认为，利用粪便进行表观遗传测龄可以应用在很多动物身上，对濒危物种可能非常有价值。该研究结果发表在近期的《分子生态资源》（Molecular Ecology Resources）杂志上。
Journal Reference:
- Yagi, G., Qi, H., Arai, K., Kita, Y. F., Kogi, K., Morisaka, T., Yoshioka, M., & Inoue-Murayama, M. (2024). Non-invasive age estimation based on faecal DNA using methylation-sensitive high-resolution melting for Indo-Pacific bottlenose dolphins. Molecular Ecology Resources, 24, e13906. https://doi.org/10.1111/1755-0998.13906