從愛知到昆明|是什麼左右了生物多樣性
2020年04月11日11:32

原標題:從愛知到昆明|是什麼左右了生物多樣性

一個物種的個體數量減少到一定程度後容易滅絕,但如果數量多就一定代表種群安全嗎?

這個問題與“基因多樣性”有著密切的關聯。

“基因”是有遺傳效應的DNA片段,是生物遺傳的最基本單位。DNA由無數個脫氧核糖核苷酸構成,每個脫氧核糖核苷酸上的堿基[包括腺嘌呤(A)、胸腺嘧啶(T)、鳥嘌呤(G)、胞嘧啶(C)四種]連在一起後構成了巨大的遺傳情報。

聯合國《生物多樣性公約》(CBD)的締約方大會中,遺傳資源(各個物種的遺傳情報)一直都是一個重要話題。一般衡量生物多樣性的豐富程度要看基因或遺傳多樣性、物種多樣性和生態系統多樣性,其中基因或遺傳多樣性是最小維度,衡量著物種內部的多樣性和健康程度,在物種保育的研究和工作中有著重要的地位。

物種的個體數量與基因多樣性

如果把遺傳情報看作物種與環境比試時的招數,多樣的招數可以給物種提供隨機應變各種環境的能力,提高物種的生存率;招數單一——基因多樣性低的話就容易被打敗。當環境急劇變化,物種適應、進化的速度追趕不上時,其個體數量就會急劇減少,物種內部的基因多樣性會迅速降低。少量個體之間的近親繁殖也會帶來有害基因的蓄積,如此的循環機製將物種一步步帶到滅絕。

如果環境比較穩定,適應了如此環境的物種,其基因多樣性水平可能偏低但卻足夠優秀。如果一直在穩定的環境下,該物種會繁榮地發展下去,如果環境突然改變就會措手不及,極有可能走向滅絕。在環境因人為因素劇烈變化的這個時代,這樣的悲劇可能隨時都會上演。

阿爾卑斯旱獺就是一例。

生活在歐洲中南部高山上的這些小動物現存個體高達十多萬,如果看可繁殖的個體數量,它們並不瀕危,無需擔心。然而2019年發表在《現代生物學(Current biology)》的一項研究通過對多個個體的基因組測序,發現它們的基因多樣性在哺乳動物中位於最低的那一級,其應對突變環境的能力令人堪憂。

究其原因,竟是因為它們經曆了數次氣候變化併成功在高原與較冷的多次冰河期生存下來。這種強大的適應性卻也導致了它們基因庫的縮小、基因突變率的降低,最終導致遺傳多樣性難以增加。曾在冰河期廣泛分佈的阿爾卑斯旱獺,現今只生活在了與當時氣候環境類似的中南歐山脈。雖然十幾萬年來一直適應得很好,保留了龐大的個體數,但在氣候劇變的“人類世”,不知旱獺們、還有其他處於類似境地的物種還可否順利闖關。

2016年,世界自然保護聯盟(IUCN)將大熊貓在瀕危物種紅色名錄中的等級從 “瀕危”降為“易危”。的確,最近的第四次全國大熊貓個體數量調查(2011-2014年)顯示,野生大熊貓有1864只,比低穀時期(1985-1988年)的1216只增加了648只;圈養個體也從164只增加到600只(2019年調查)。然而,藏在可喜的數字背後,是依舊嚴峻的現實。

由於公路、鐵路、農田和人類居住地等的擴張,大熊貓棲息地破碎化嚴重,群體間的基因交流受阻,未來的基因多樣性令人堪憂。棲息地的破碎化也嚴重影響可食竹林的面積和大熊貓的遷徙,減少了大熊貓在竹子開花死亡後成功遷徙到另一片新的健康竹林的可能性。在將來,氣候變暖,如今的棲息地變得過熱,大熊貓可能會向高海拔遷徙,然而竹子生長期長、擴散慢,很難保證食物的擴散能跟上大熊貓的步伐。

以基因多樣性衡量物種瀕危等級

一直以來IUCN紅色目錄關注的都是宏觀的衡量指數:現有的個體數、有效群體大小、分佈範圍以及它們的變化。然而就如同阿爾卑斯旱獺和大熊貓,即使個體數量龐大、個體數量在增長,也不能保證這個物種就一定不會走向滅絕。

基因多樣性對於物種的續航能力有很大的影響,是保護生物學需要更加關注的部分。2015年,有學者就曾提出以“雜合度降至四分之三所經曆的世代數”的新標準,補充遺傳方面的考量。“雜合度”是衡量基因多樣性的主要指標之一,雜合度越高基因多樣性也越高;雜合度降至四分之三所需的世代數越少,也就是基因多樣性降低得越快,瀕危等級越高。

物種亞種的劃分與保育

誰和誰是同一個物種,亦或是不同的物種,這樣看似基礎科學的研究問題也會關係到實際的保育工作。形態學特徵如今往往無法決定物種的劃分,因為外表類似卻在自然條件下互相不交配(生殖隔離)的也大有“種”在。這樣的情況下,基因的區別大小成為了劃分物種的新標準。如昆蟲這樣物種多樣性十分高的類別,經常會有新的物種從以往的舊分類中被劃出。甚至與我們近緣的哺乳動物也時不時有一些新種因為這樣的原因被發現。

長頸鹿一直以來都按照如花紋這樣的形態學特徵被分為九個亞種。這意味著它們雖有不同,但隸屬同一物種,彼此之間沒有生殖隔離。然而2016年和2018年發表的根據多個基因位點的群體遺傳學研究將長頸鹿分為了四個物種,種之間互相有生殖隔離。研究團隊從整個非洲採集了近200份長頸鹿皮膚樣本,采樣覆蓋了之前已知的長頸鹿的所有九個亞種。遺傳分析表明,至少有四個高度不同的長頸鹿類群,這些類群間沒有互相基因交換的證據,在野外不會相互之間進行交配,是四個不同的種,而它們最後的共同祖先可以追溯到40-200萬年前。

雖然總體上長頸鹿還有十餘萬個體分佈在非洲大陸上,然而劃分為四個物種後,除了南方長頸鹿,其餘三種的數量在過去三十年都在飛速驟減——北方長頸鹿降低95%,目前只有4000餘頭;網紋長頸鹿為60%;馬賽長頸鹿減少52%。這項研究對於長頸鹿的保育工作有著重要意義,從保護一個數量還算龐大的物種,到保護四個數量正在驟減的物種,對長頸鹿保護的重視程度會有所提高,也會更加有針對性地開展對應的保育工作。

外表差別並不大的四種長頸鹿。從左至右依次是北方長頸鹿(northern giraffe,Giraffa camelopardalis), 網紋長頸鹿(reticulated giraffe,G. reticulata),馬賽長頸鹿(Masai giraffe,G. tippelskirchi)和南方長頸鹿(southern giraffe,G. giraffa)(圖片來源 :馬賽長頸鹿:B. Dodson;餘下三種來源:J. Fennessy,長頸鹿保護基金會)

近些年知名度日漸上升的雪豹也存在著亞種劃分的問題。2017年的一項用糞便樣本進行的基因研究認為雪豹可以分為三個亞種:西方亞種(P. uncia uncia)、北方亞種(P. u. irbis)和中部亞種(P. u. uncioides),而造成亞種分化的原因可能是高山、盆地帶來的地理隔離。

雪豹三亞種的分佈圖

由於雪豹和其生存環境特性的原因,皮膚血液這樣質量好的樣本很難採集到,糞便樣本便成了唯一能採集到的樣本。但由於DNA在糞便樣本中的劣化,長DNA序列的分析很難做到。而不夠充分的分析產生的結果可能有偏差,這就給該研究結論的可信性帶來了一定懷疑。究竟雪豹是否應該分為三個亞種?每個亞種又應該如何保護?圈養的不同亞種的個體之間的繁殖是應該停止,亦或是將雪豹整個物種的個體數量上漲作為最終目標?

從上個世紀中旬開始,DNA擴增、測序技術日益發展,遺傳學在生態保育中的應用也逐漸普遍、深入,基因多樣性作為生物多樣性的最小維度越來越被重視。在做物種保育時,當然宏觀的衡量指數有助於直觀確認物種現有的生存能力。根據生活史,有效群體大小等的建模分析也可一定程度上預測物種今後的發展,但是基因多樣性的角度同樣重要。畢竟基因變異是生物進化的原動力,基因多樣性也預示著物種潛在的適應新環境的能力。基因多樣性水平如何,是多個物種,還是一個物種,還是由多個亞種構成,這些問題都左右著物種的瀕危程度和保育工作的方向。

(作者齊惠元系日本京都大學保護生物學碩士在讀,智庫“北美小象君”成員。)(本文來自澎湃新聞,更多原創資訊請下載“澎湃新聞”APP)

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