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为消灭入侵鱼类,科学家培育“超雄鱼” |
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该技术已证实可通过培育全雄性种群消灭外来鲑鱼 |
美国亚利桑那州布莱克河西支流的本土鱼类阿帕奇鳟和圆尾鳅,长期以来一直难以与入侵的溪红点鲑(Salvelinus fontinalis)竞争。因此,生物学家们往这条河里投放了更多人工孵化的溪红点鲑。这一举动看起来或许有些反常,但这些新培育的鲑鱼带有特殊的基因变异,其设计初衷就是让入侵种群走向灭绝。
一条处于繁殖期的雄性溪鳟鱼。图片来源:CHARLIE SUMMERS/NPL/MINDEN
这类鱼有时被称为超雄鱼或“特洛伊YY雄鱼”,它们拥有两条Y染色体,而非正常的一条。当超雄鱼与野生雌性鲑鱼交配后,后代将全部为雄性——最终整个种群只会剩下无法繁殖的老年雄鱼。去年,布莱克河的雄鱼占比攀升至61%——“这是个好迹象。”亚利桑那州狩猎与鱼类管理局全州本土水生生物项目主管Zachary Beard表示。今年7月,科学家进一步证实,超雄鱼已成功清除爱达荷州两条溪流中的溪红点鲑。
“他们能够证实超雄鱼的实际效果,这实在令人振奋。”美国佛蒙特大学保护遗传学家Tha?s Bernos表示,“这将成为一种极具实用价值的工具。”而且这项技术的应用很可能不会局限于溪红点鲑;研究人员目前正在培育多种超雄鱼,用以对抗一系列对本土物种构成严重威胁的入侵鱼类。
几十年来,治理入侵鱼类的核心手段一直是鱼藤酮等植物源毒药,以及电捕鱼法——利用电流大规模击晕鱼类,待鱼浮上水面后,工作人员便可清理掉目标入侵个体。但鱼藤酮会同时杀死本土淡水鱼和入侵淡水鱼;电捕鱼法在较大水域效果不佳,且鱼类有时会对电流产生适应性。两种方法都很难彻底清除100%的入侵个体。“只要有几条幸存者,所有努力就会前功尽弃,因为只要有几条具备繁殖能力的鱼,种群很快就会再次扩张。”美国科罗拉多州公园与野生动物管理局水生生物研究主管George Schisler说道。
2008年,时任美国爱达荷州狩猎与鱼类管理局(IDFG)渔业研究主管的Dan Schill决定尝试全新方案。在一次会议上,他听到一位数学家介绍了一个模型,该模型阐释了超雄鱼如何能驱动入侵物种走向灭绝。Schill和同事决定将这一方法应用于溪红点鲑——这种繁殖能力极强的鱼类于一个多世纪前从美国东部引入北美西部各地。
现已退休的Schill回忆道,溪红点鲑是“唾手可得的试验对象”,因为它们成熟速度快,便于借助水产养殖行业的成熟技术快速培育超雄鱼——水产养殖业长期以来一直利用YY雄鱼技术提高多种鱼类的产量。尽管如此,研究团队仍花了5年时间才通过这套流程建立起稳定的超雄鱼亲鱼种群:具体方法是给雄性溪红点鲑喂食雌二醇(一种生殖激素),使其在解剖结构上转变为雌性,这样它们的卵子携带的Y染色体就能与精子中的Y染色体结合。经过多轮繁育和筛选,最终获得了大量可投放至溪流中的YY雄鱼。
2016年,Schill与爱达荷州狩猎与鱼类管理局的Kevin Meyer开始在爱达荷州中部的贝尔溪和柳溪测试超雄鱼的实际效果。为了让新投放的超雄鱼在数量上占据优势,研究团队先用电捕鱼法清除了预计至少半数的野生溪红点鲑种群。这些超雄鱼的一片鱼鳍被剪去作为标记,方便电捕鱼作业人员识别并放过它们。很快,超雄鱼的数量就超过了野生雄鱼。
研究人员于今年7月在《美国渔业学会汇刊》上发表报告称,实验开展5至6年后,基因检测显示剩余的溪红点鲑几乎全部为雄性。“它们改变种群性别比例的速度之快令人瞩目。”奥本大学鱼类生态学家Andrew Rypel评价道。
更多证明该策略有效的证据很快就会出现。美国西部鱼类与野生动物管理机构协会的特洛伊雄鱼繁育项目获得了9个州的资金支持,目前已有8个州在溪流中开展实地试验。在新墨西哥州,三条试验溪流中的雄鱼占比已高达90%,本土的割喉鳟种群数量也呈现上升趋势。“这才是我们真正的目标。”新墨西哥州野生动物管理局(NMDOW)渔业生物学家Mikel Ruhl表示。他还补充道,超雄鱼项目“可能会成为我职业生涯中参与过的最具影响力的工作”。
研究超雄鱼的科研人员已经锁定了另外10个目标物种,包括白斑狗鱼、玻璃梭鲈、斑点叉尾鮰,甚至还有牛蛙。美国新墨西哥州立大学与新墨西哥州野生动物管理局的科学家正在研究褐鳟(Salmo trutta)——这种欧亚鱼类于19世纪80年代引入美国,同样对本土割喉鳟构成威胁,该物种的超雄鱼预计将于2029年前培育完成。美国犹他州立大学(USU)的研究人员已经培育出了卢伦真小鲤(Cyprinella lutrensis)的YY亲鱼种群,这种生命力顽强的小型鲤科鱼原产于密西西比河流域,但在美国西南部地区,它们会捕食体型更大的本土鱼类的鱼卵和幼鱼。
最具挑战性的目标或许是普通鲤鱼,这是一种在全球范围内都造成生态危害的入侵物种。它们极强的繁殖能力意味着,要彻底清除鲤鱼需要投放数量极其庞大的超雄鱼,也需要极大的耐心。“我们知道治理鲤鱼的难度会大得多,但它是危害极其严重的入侵物种,没人愿意退缩。”Schill表示。美国的研究人员已经成功培育出YY型鲤鱼,“我们非常希望能在明年底前建立起稳定的亲鱼种群。”美国犹他州立大学鱼类兽医Charlotte Musser说道,她将于下周在美国渔业学会年会上介绍这项研究进展。中国也有两个研究团队报告称,成功培育出了可存活的YY型雄鲤。
并非所有鱼类都能通过超雄鱼技术清除。部分鱼类可以根据水温或种群密度转换性别,这会大幅增加超雄鱼主导种群的难度。此外,在河流、湖泊等面积较大的水域中,需要投放的人工繁育鱼数量过多,该策略的实施成本和难度会大幅提升。
尽管如此,Ruhl表示:“能有应对物种入侵的新工具,是非常难得也非常令人振奋的事。”
相关论文信息:https://doi.org/10.1093/tafafs/vnag025
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