第 8 題
研究團隊觀察到特定哺乳動物族群中出現一種新型突變,此突變能提供個體抵抗某種病毒,但同時會降低配子的活動力,造成帶有此突變的個體繁殖成功率下降。為探討此新型突變在不同環境中的演化動態,研究人員追蹤病毒感染率呈現顯著不同的兩地區,同時記錄 20 年內突變頻率變化情形。同時,研究人員發現病毒感染的強度對族群中配子的存活能力產生潛在影響。下表是 20 年來此突變頻率變化追蹤表: 地區A:病毒感染率長期偏高;地區B:病毒感染率低且穩定
| 年份 | 地區 A 族群的新型突變頻率 | 地區 B 族群的新型突變頻率 |
|---|---|---|
| 第 1 年 | 5% | 5% |
| 第 5 年 | 12% | 6% |
| 第 10 年 | 20% | 7% |
| 第 15 年 | 26% | 6% |
| 第 20 年 | 30% | 5% |
| 根據突變頻率在兩地區的形成的演化動態,此新型突變在病毒感染壓力下的演化機制,下列何者能提供最佳解釋? |
A.突變在地區 A 提供顯著的病毒抗性,天擇強化其基因表現,儘管存在繁殖缺陷
B.突變在地區 B 因感染壓力低且穩定,負向天擇逐步淘汰,繁殖限制加劇頻率下降
C.突變在感染環境形成適應性多型性,顯示抗性基因在族群中受到平衡性天擇而維持✓ 官方正解
D.地區 A 的突變頻率增加主要由環境壓力驅動,地區 B 因基因漂變使表現隨機下降
詳解
此題探討帶有「生存優勢（抗病毒）」與「繁殖劣勢（配子活動力下降）」之突變基因在不同環境下的演化動態。這是一種典型的適應度權衡（fitness trade-off）。
在地區A（病毒感染率高），突變帶來的抗病生存優勢大於繁殖劣勢，因此突變頻率顯著上升；但在地區B（病毒感染率低），抗病優勢不明顯，繁殖劣勢限制了突變頻率的增加，使其維持在較低且穩定的水平（5%~7%）。這種因正反兩面選汰壓力同時存在，使得等位基因在族群中維持一定比例而不被完全淘汰或固定的現象，稱為平衡性天擇（balancing selection），進而形成適應性多型性（adaptive polymorphism），故選項(C)為最佳解釋。
其餘選項的錯誤原因： (A) 天擇改變的是族群中的「等位基因頻率」，而非直接強化該基因的「基因表現（gene expression）」。 (B) 根據表格數據，地區B的突變頻率在20年間維持在5%至7%之間波動，並未呈現被負向天擇「逐步淘汰」或「加劇下降」的趨勢。 (D) 地區B的突變頻率維持穩定，是天擇壓力（低感染率與繁殖劣勢）下的平衡結果，而非小族群中隨機發生的基因漂變（genetic drift）。