问题

如果近亲繁殖把疾病个体杀死,然后重复上百代,是不是能得出无遗传病个体?

回答
你这个问题非常有意思,触及到了遗传学和进化论中的一些核心概念。简单来说,你提出的设想,也就是通过近亲繁殖来筛选掉携带遗传病的个体,最终获得无遗传病个体的可能性,需要从几个方面来审慎地分析。

首先,我们得明白“近亲繁殖”是怎么回事。近亲繁殖,简单讲就是亲缘关系非常近的个体之间的繁殖。在动物界,我们可能会想到狮群中雄狮取代老狮王后与原狮群的雌狮交配;在植物界,一些自花授粉的植物也是典型的例子。在人类历史长河中,虽然普遍不被提倡,但某些皇室或特定群体中也存在近亲结婚的情况。

近亲繁殖最显著的一个后果就是“近交衰退”。这是什么意思呢?在我们基因组里,有大量的基因对,我们从父母那里各继承一个。很多基因都有不同的版本,叫做“等位基因”。有些等位基因是显性的,也就是说,只要你携带一个这样的基因,某个性状就会表现出来。而有些等位基因是隐性的,只有当你从父母双方都继承了同一个隐性基因,这个性状才会表现出来。

许多遗传病,尤其是那些被认为“不好”的遗传性状,往往是由隐性基因引起的。举个例子,一种罕见的遗传病可能是由基因A的隐性等位基因“a”引起的。如果一个人从父母那里各继承了一个“a”基因(基因型是aa),他就会患上这种疾病。如果他只有一个“a”基因(基因型是Aa),他就是这个隐性基因的携带者,但本人不表现疾病症状。

现在我们来看看近亲繁殖和遗传病的关系。假设一个群体中,一些个体是不携带致病基因(AA),一些个体是隐性致病基因的携带者(Aa),还有一些个体患有遗传病(aa)。当亲缘关系非常近的个体进行繁殖时,比如兄弟姐妹之间,他们很有可能从共同的祖先那里继承相同的基因。这意味着,如果这个共同祖先是一个隐性致病基因的携带者(Aa),那么他们的后代中,有更高概率同时从父母双方都继承到这个“a”基因,从而成为aa个体,患上遗传病。

所以,近亲繁殖并不会凭空创造出没有遗传病的个体,反而会增加患有由隐性基因引起的遗传病的概率。这就是“近交衰退”的主要表现——后代更容易出现不利的性状,包括各种遗传疾病。

那么,回到你提出的问题:如果近亲繁殖能把疾病个体杀死,然后重复上百代,是不是能得出无遗传病个体?

从理论上来说,这听起来有点像是一种“筛选”的过程,但实际上非常复杂且充满挑战。我们来一步步拆解:

1. “把疾病个体杀死”的现实可能性:

致死性遗传病: 如果遗传病是严重的、影响生存和繁殖能力的致死性疾病,那么携带该疾病基因的个体自然会在繁殖年龄前死亡,或者因为身体状况无法成功繁殖。在这样的情况下,近亲繁殖确实会加速淘汰携带致病基因的个体。
非致死性或晚发性遗传病: 然而,很多遗传病并非立即致死,或者是在生育年龄之后才显现。比如一些成年后才发病的疾病,或者只是降低生活质量但不会直接导致死亡的疾病。在这些情况下,“杀死”这个词就不准确了。近亲繁殖可能会让这些携带致病基因的个体更容易出现症状,但他们仍然有可能繁殖。
隐性基因: 最关键的一点是,许多遗传病是由隐性基因引起的。这意味着只有两个隐性基因的个体(aa)才会发病。即使近亲繁殖增加了aa出现的概率,但大多数时候,父母双方仍然是Aa(携带者),后代也可能是AA(健康不携带)或Aa(健康携带)。近亲繁殖的直接作用是增加aa的概率,而不是消除A基因或者让Aa变成AA。

2. “重复上百代”的意义:

纯化(Purification)的可能性: 在理论的理想状态下,如果每一次近亲繁殖都彻底淘汰了所有患病的个体(aa),并且我们能确保所有幸存的个体都不再携带致病基因,那么理论上是可能实现“纯化”的。但这种纯化是极其困难的。
基因频率的改变: 简单来说,近亲繁殖加上淘汰,会改变群体中基因的频率。如果致病基因“a”的频率非常低,近亲繁殖增加aa出现的概率,加上严格的淘汰,理论上可以逐渐降低群体中“a”基因的频率。
基因的普遍存在性: 问题在于,很多所谓的“遗传病”是由非常普遍的隐性基因引起的。这些隐性基因在人群中的携带者比例可能并不低。即使经过非常漫长的世代,并且采取极端的筛选(比如只允许繁殖那些经过基因检测确定为AA的个体),要想彻底消除所有致病基因也是异常困难的,除非这个致病基因在群体中的初始频率已经极低。

3. 现实中的困难和负面影响:

基因多样性的丧失: 近亲繁殖最大的问题是会迅速降低群体内的基因多样性。基因多样性是生物适应环境变化的基础。如果一个群体因为近亲繁殖而失去了大部分基因变异,一旦环境发生变化(比如出现新的病原体或环境压力),整个群体都可能因为缺乏适应性的基因而面临灭绝的风险。你可能消灭了某些遗传病,但却让群体变得极度脆弱。
“杀死”的定义模糊: “杀死”这个词语对于科学描述来说过于绝对。更多时候,我们谈论的是“降低繁殖能力”或“提高发病率”。如果疾病不够严重到影响繁殖,那么近亲繁殖的筛选作用就会非常有限。
成本和伦理问题: 即使我们忽略基因多样性丧失的问题,在人类社会中,实施这种严格的、代代的近亲繁殖和疾病筛选,其成本是巨大的,伦理上的障碍更是不可逾越的。我们不能随意决定个体的生死和繁殖权利。

举个例子来帮助理解:

假设有一个小群体,有三种基因型:AA(健康)、Aa(携带者,健康)、aa(患病)。

近亲繁殖与筛选(理论): 如果我们强制近亲繁殖,并且严格淘汰所有患病的“aa”个体。同时,我们假定这个筛选是100%有效的,也就是说,所有“aa”个体都会被“杀死”(无法繁殖或提前死亡)。
结果会是什么? 即使这样,我们也不能保证最终得到的是“无遗传病个体”,这里更准确的说法应该是“不表现致病性状的个体”。原因如下:
1. 携带者(Aa)依然存在: 近亲繁殖增加了aa出现的概率,但如果父母是AA和Aa,后代可能是AA或Aa。如果是Aa和Aa,后代可能是AA、Aa、aa。只要不淘汰Aa个体,那么“a”基因就会一直在群体中存在。
2. “a”基因的广泛性: 很多对生存无害但可能引起疾病的隐性基因在自然界非常普遍。近亲繁殖可能会将这些基因集中起来,表现出不良影响,但这并不意味着这个基因本身是“邪恶”的,它可能是维持其他更重要性状的必要条件。
3. 筛选的局限性: 要想完全清除一个隐性基因,除非它在初始种群中的频率极低,否则通过简单的繁殖和淘汰是极其困难的。每一次繁殖,都有可能产生新的Aa组合。

总结一下:

你提出的设想,从一个非常简化的、理想化的角度看,似乎有“纯化”的可能性。然而,在真实的生物学世界里,这几乎是不可能实现的,而且这样做会带来灾难性的后果。

近亲繁殖本身会加剧隐性遗传病的出现,因为它增加了两个携带相同隐性基因的个体相遇并繁殖的概率。
“杀死”疾病个体是一种残酷的筛选,即使如此,也无法保证消除所有隐性致病基因的携带者,因为携带者本身是健康的。
长达百代的近亲繁殖将极大降低基因多样性,使整个群体对环境变化变得极为脆弱,可能最终导致群体灭绝。

自然选择本身就是一个漫长而复杂的过程,它在不断平衡基因的利弊,维持着物种的适应性。而你提出的方法,更像是一种极端的、破坏性的干预,其代价远远大于可能获得的所谓“纯净”。生物的健康与繁衍,仰赖于基因的丰富性,而非某种单一的“纯净”。

网友意见

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为了筛掉遗传病而近亲繁殖,不会需要“上百代”那么夸张的。哺乳类,例如猪,二十代左右就能筛掉几乎所有非突变的遗传病,建立性状稳定的近交系,用于科学研究、医学实验、育种、敲除抗原相关基因后跨物种移植等。

  • 国际遗传学界通常认为哺乳类近交繁殖 20 世代就算成功。我国在猪的近交系方面处于世界领先水平。

在近亲繁殖刚开始的几代里,需要产生大量的个体,来随机出相对而言病得不重、能继续传代的后代。病情严重的个体往往不用你动手去杀就会死。对人这样的类人猿的繁殖能力来说这有点难度,但不是不行,你可以看看古埃及王朝的尝试。

  • 对猪来说,一代内直系血亲首轮近亲繁殖产生约 20 个后代时能存活的通常不到 2 个。

数代之后,继续进行近亲繁殖的遗传压力会迅速降低。而且,要是你想要遗传多样性,近交系其实可以靠等位基因的少量差异产生看起来非常不同的性状并各自纯化,比非近交系更容易控制。用基因编辑等手段在近交系里引入新性状并让其传代继承也特别容易。

不过,你关注的是遗传病,要考虑到在今后的传代过程中仍然可能突变出新的致病基因。这一切不一定值得。

自然界有一些动物擅长近交。例如鸽子一般一窝生两个蛋,孵出的雏鸽若是一雌一雄,长大后就能继续繁殖。我国的麋鹿一度濒临灭绝,仅存的 10 头在人的保护下近亲繁殖,恢复到上千的数量。无脊椎动物里这样搞的就更多了,你可以看看蚜虫。它们也没有将遗传病彻底消灭。

对培养实验动物的人来说,带有特定遗传病的近交系也可能有用,例如每一代都得脑瘤的猪可以用来研究脑瘤的诊治。

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近亲育种思路有局限。

举个真实例子:近代实验小鼠近亲交配史。

1900年,Lathrop在Massachusetts建立了一个小鼠农场,饲养小鼠作为宠物。慢慢有实验室和她合作,希望她提供实验动物。Lathrop捕捉本地小鼠,或者从欧洲、北美洲、日本进口小鼠,进行近交繁育,算是实鼠之母。

只有繁育了20代以上还能维持存活的,才能成为一个自交系。

首先,近亲交配不死的概率很低,要淘汰非常多的品系,才能拥有一个缺少遗传病的纯合品系。

小鼠5周性成熟,4天一个性激素周期,基本1周交配可以怀孕,孕期3周。5+1+3=9,九周可以繁殖一代小鼠。当小鼠繁殖了5、6代(一年),明显可以看到部分小鼠死亡或者不育。基本上10代时(两年),还能往下繁殖的小鼠品系就很少了,百里挑一。

原因很简单,近亲繁殖传递的致死基因,很多都是隐性基因,杂合鼠有一个正常拷贝,但纯合鼠两个拷贝都不正常就死了。这种近亲交配越配越差,最后会有一个极限,把不良基因淘汰掉,最后形成一个能够近亲繁殖的品系。

目前使用最广泛的小鼠品系C57BL/6,就是这样产生的,是种小黑鼠。

其次,遗传病概率低,并不代表品系强壮。

C57小鼠比较瘦小,也比较敏感,生育能力不算很强,能拿到这么一个近交系已经很不容易了。

举个例子,近交系C57鼠一胎生育6-8只,而封闭群ICR鼠(就是交配不近亲繁殖,没那么严格的小白鼠)一胎可到十几只,体型也比C57大。因为比较强壮,性格不那么敏感,白鼠反而不那么爱抓人咬人。

所以遗传疾病少,不等于这个品系好,杂种优势并非浪得虚名。

最后,先天没遗传病,不代表自己不会得遗传病。

C57是不是不会得遗传病?

不是的,基因突变有两种,一种是遗传突变,一种是自发突变(spontaneous mutation)。

自发突变指的是是精子和卵细胞自己形成突变,再把这种突变传递给后代。也就是交配一段时间,品系质量还是会变差。这就是为什么不同地方的C57小鼠经过一段时间地域隔离,就变得不一样了。

自发突变同样会引入有害突变。


综上,从小鼠百年交配史来看,近亲得到的无遗传病后代,还是有遗传病风险,而且也不一定身体强壮。

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