鼻到地面的距離驅動著哺乳動物嗅覺受體庫大小的演化

 (https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2025.12.23.695377v1.full?et_rid=598210675&et_cid=5866423)

 眾所周知，狗的嗅覺遠勝於人類。一個主要原因在於：它們擁有大量的嗅覺受體，這些蛋白質能夠與空氣中的化學物質結合，並激活嗅覺神經元，將不同氣味的訊息傳遞給大腦。我們的基因組中大約包含300到400個功能性嗅覺受體基因。而狗則擁有800到1100個這樣的基因，這使它們能夠檢測到更多種類的氣味，包括微量的爆炸物殘留物和 組織樣本上的疾病氣味。但這是為什麼呢？這不僅僅是人類與狗的比較。嗅覺受體是哺乳動物中最大的蛋白質編碼基因家族，不同物種擁有的基因數量差異很大。有些哺乳動物只有幾百個， 而大象則擁有大約2000個 。一個研究團隊想知道是什麼原因導致某些物種擁有如此顯著的嗅覺受體多樣性，而其他物種卻沒有。有些答案顯而易見，例如海洋哺乳動物的嗅覺受體種類很少，可能是因為空氣中的化學物質對生活在水生環境中的物種來說資訊量有限。但像這樣明確的解釋只適用於少數哺乳動物類群。

研究人員提出了另一種觀點：感覺驅動假說 。本質上，該假說認為環境中特定訊號的複雜性越高，系統感知該訊號的複雜程度就越高。例如，隨著海洋深度的增加，某些顏色的光線會消失；感知這些顏色的演化壓力減弱，物種可能會失去感知這些顏色的能力。在陸地上，空氣的化學複雜性在地面附近最高—— 植物、真菌、細菌和動物釋放的有機化合物會在那裡積聚，這可能意味著，那些鼻子靠近地面的物種更有可能成為超級嗅覺者。
為了驗證這個假設，研究人員分析了158種哺乳動物的基因組，並將它們的基因組成與靜止狀態下鼻孔到地面的平均距離進行了比較。結果證實：鼻孔到地面的距離能夠有效預測一個物種的功能性嗅覺受體數量——這比目前普遍認為的「嗅覺靈敏主要源於夜間活動，以彌補視力較差」的觀點更為準確。然而，這一距離並不能很好地預測其他化學感知基因的數量，例如那些能夠檢測信息素或苦味的基因。
作為案例研究，研究聚焦於霍加狓（鼻孔離地約140公分）和長頸鹿（鼻孔離地約420公分）的嗅覺受體。這兩種動物大約在1600萬年前從共同祖先分化而來。霍加狓擁有的受體基因數量和功能性基因數量均高於長頸鹿（986個基因，626個功能性基因 vs. 920個基因，476個功能性基因）。分析顯示，霍加狓的受體基因在與長頸鹿分化後複製次數較多，而基因功能的缺失率則較低。研究結果表明：與霍加狓譜系相比，長頸鹿譜系維持功能性[嗅覺受體]的壓力更小，而基因複製在霍加狓譜系中發生得更頻繁。
當然，現在就出現了一個先有雞還是先有蛋的問題：更多的受體是源於更複雜的氣味，還是擁有超強的嗅覺能力，還是擁有了更多生存能力的能力？研究指出：在這種情況下，廣泛的[氣味受體]庫可能在某些情況下驅動了形態適應，例如延長鼻子、向下傾斜的鼻孔或降低身高。