獵豹的眼淚pdf

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2019年4月11日13:03:13 評論 223
摘要

基因中隱藏著生命的秘密,它是許多不解之謎的答案。14個引人入勝的基因故事讓你知道生命為什么這么頑強,瀕危動物為什么瀕危,為什么有的人不會得艾滋病,時髦的基因治療是什么,基因也可以破案……

獵豹的眼淚 內容簡介

《獵豹的眼淚》是一本關于基因、動物保護和生物進化的有趣的科普書。作者以自己頗具傳奇的經歷和優美的文字向讀者講述了在生命發展的歷史長河中,基因演化所起到的作用,講述了基因背后發生的一個個引人入勝的故事。通過故事我們可以了解瀕危野生動物仍存于世的奧秘,了解人們為拯救瀕危動物所做的努力,了解中世紀的黑死病所遺留下來的影響,了解家貓的基因組圖譜如何幫助破獲一起謀殺案,了解為什么有的人不會得艾滋病,了解當今頗為時髦的基因治療究竟怎樣等。

獵豹的眼淚 目錄

前言

序言

第一章 狂笑的老鼠

第二章 獵豹的眼淚

第三章 傲慢與偏見

第四章 疲于奔命——佛羅里達山獅

第五章 官僚作祟

第六章 鯨的故事

第七章 獅瘟疫

第八章 婆羅洲的野人

第九章 熊貓之根

第十章 我們的由來

第十一章 雪球的機會——基因組爪印

第十二章 基因衛士

第十三章 起源

第十四章 銀彈

詞匯表

索引

進一步閱讀建議

致謝

獵豹的眼淚 精彩文摘

第九章熊 貓 之 根

危險的攀爬持續了6個小時,在寒冷的細雨中跌跌滑滑,沿著陡峭泥濘的羊腸小道攀援而上。我們穿著保暖內衣和戈爾特斯品牌防水透氣的登山靴,拖著背包,蜿蜒穿過茂密的竹林,翻過無數懸崖,經過伐木工人營地,路過高掛的瀑布。在每個駐足歇腳的地方,年輕漂亮的呂植博士都將天線對向熊貓無線電頸圈發出的信號。我坐了三天飛機到西安,又坐了 10小時路虎越野車到杉樹坪伐木營地,才到了這兒。我時差還沒倒過來,又水土不服拉肚子,前一天晚上喝米酒還有點兒宿醉??晌疫€是決心體驗一把很少人能夠想象的冒險: 登上中國多山的陜西省的秦嶺山脈,看看棲居在自己洞穴的野生大熊貓和它的幼仔。

呂植最先聽到了幼仔的叫聲,聲音很弱,像遙遠的悲鳴,只有在森林的靜寂中才能聽得到。在山頂,年輕的研究生小健帶著我們走到陡峭的懸崖上一塊突出的巨石上?,F在幼仔的哭聲變得刺耳,令人不安。呂植敏捷地繞石而下,靠近下面的熊貓洞穴。呂植在北京大學的導師潘文石教授扶著我繞過巨石,這樣我就可以看見那個因為和母親分開而痛苦號叫著的8英寸(20厘米)長的小家伙了。

沒錯,是大熊貓的寶寶,它有迷人的眼斑和米老鼠樣的耳朵,又可愛又嬌弱。他們給它起名為“桂葉”。小健解釋說,桂葉的母親嫫嫫外出覓食了,這是潘文石和呂植在秦嶺長達13年的大熊貓研究中記錄下的野生大熊貓的一個常見活動。

我的目光就離不開這嬌弱的幼仔了,它很活躍,叫聲響亮,很討人喜歡。潘教授問我想不想抱抱幼仔,他讓我放心,說這不會傷害它。我小心翼翼地伸出戴著手套的雙手,把這黑白相間的小嬰兒抱向我的溫暖的外套。當它合上眼睛,舒舒服服地把它的頭靠在我的圍巾上時,它的叫聲平息下來。其他人無聲地笑了,因為他們知道我此時的感受。

當我把桂葉抱在胸前,我瞬間意識到,這就是物種保護的真正內涵。那個時刻清晰地印在我的記憶中,就像昨天剛剛發生。把幼仔小心地放回洞穴之后,我凝望著遙遠的山谷若有所思,直到桂葉的一聲突然尖叫打斷了我的神游。原來是呂植從它背部拔了一根毛做遺傳樣本。

現在回想起來, 我想我被吸引到大熊貓生物學研究和保護中來是必然的。大熊貓是動物保護運動毫無爭議的旗艦物種。沒有任何其他瀕危物種能像羞怯迷人的黑白兩色“貓熊”——甚至今天在中國人們還這么稱呼它——吸引了這么多的關注、研究、爭議或熱情。大熊貓是動物園和保護行動中的超級巨星?;蛟S是因為其巨旺的人氣,它們也吸引了最優秀的——和最糟糕的——保護救星,幫助它們繁榮,避免滅絕。關于這一物種的政治、科學、價值和歷史等方面出現了如此多的電視專題片、書籍和文章,所以我很猶豫是否要在詮釋大熊貓的書庫中再添加一章。然而,大熊貓的遺傳研究故事是一個令人著迷的生物政治交織的過程,我們可以借鑒其中的成功及失誤。

在我生活的世界里,最著名的大熊貓是玲玲和興興。這一對熊貓1972年4月16日抵達美國華盛頓國家動物園,作為周恩來總理和中華人民共和國送給美國人民的禮物,以紀念理查德?尼克松總統敲開了中國對西方世界外交的大門。華盛頓這一對熊貓受到公眾巨大的關注和喜愛。在展覽的第一天,它們就吸引了7.5萬名游客。在1972年結束之前,前來觀看這一對愛嬉戲的年輕熊貓的游客超過了100萬。

在整個20世紀70年代,每一個美國人都希望這對熊貓能有一個熊貓寶寶,但就是事與愿違。大熊貓繁殖有季節性,每年只發情(發情時雌性接受雄性的求愛)一次,通常是在春天。從1974年玲玲第一次發情開始,每個發情季節玲玲和興興都被放在一起。但興興一方有點問題,它往往騎跨在錯誤的一頭,興奮地向玲玲的耳朵或其他可笑但無效的部位射精。在一陣密集的媒體監察中,興興被扣上無能、笨蛋、懦弱無用的帽子。

到1981年,國家動物園的負責人和大熊貓繁殖專家們都非常擔心。他們把倫敦動物園一只強健陽剛的熊貓佳佳空運來了,佳佳曾使馬德里動物園一只雌熊貓懷孕產仔,多少證明了它有應對生育挑戰的經驗。佳佳與玲玲的相遇是一場災難。它把這只美國母熊貓揍得失去知覺,直至休克。為了讓攻擊停下來,動物園的工作人員對空鳴槍,用消防水槍噴它們。沒有交配,只有劫掠,佳佳很不光彩地被遣送回英國?!澳莻€混蛋打傷了她,”國家動物園主任特德?里德(Ted Reed)氣哼哼地說?!度A盛頓郵報》專欄作家瑪麗?麥格羅里(Mary McGrory)稱佳佳為熊貓版的呂植從桂葉的背上拔了一根毛做遺傳樣本斯坦利?科瓦爾斯基 (Stanley Kowalski)——田納西?威廉姆斯(Tennessee Williams)令人難忘的舞臺劇《欲望號街車》(A Streetcar Named Desire)里粗野的角色。

動物園管理人員被這場打斗嚇壞了,決定嘗試人工授精,中國動物園對大熊貓進行的人工授精已經獲得成功。這樣,1983年當玲玲發情時,倫敦動物園的獸醫約翰?奈特(John Knight)博士便做好了用電激取精術收集佳佳精液的準備。精子采好的次日,奈特將新鮮精液放在胸前的口袋中,登上一架英國航空公司的飛機前往華盛頓。佳佳的精子抵達杜勒斯機場之前,美國國家動物園的生殖專家戴芙拉?克萊曼(Devra Kleiman)決定給興興最后一次自然交配的機會。在她的注視下,興興像是完成了一個很像是恰當的騎跨,而且克萊曼聽到一聲大熊貓狂喜的尖叫,這是行為學者視為交配高潮的信號。當天晚些時候,玲玲還是被麻醉,用剛剛送來的倫敦佳佳的精子進行了人工授精。

在此后不久舉行的介紹這些事件的新聞發布會上,有記者問動物園的公關發言人鮑勃?霍奇(Bob Hoage),如果玲玲確實懷孕了,他們怎么知道父親是誰?霍奇回答說: “我們與國家癌癥研究所的遺傳學家斯蒂芬?奧布萊恩(Stephen O’Brien)博士有長期密切的合作。我相信他能搞清楚?!绷崃峁粦言辛?,而我則發現自己頭一次被丟進了大熊貓保護圈。

1983年7月21日,玲玲生下了在美國出生的第一個大熊貓幼仔,一個重134克,看起來像無毛小鼠的小小的大熊貓嬰兒。讓人傷心的是,幼仔在出生后不到3個小時,就死于在產道內染上的假單胞菌感染。

幼仔的尸檢是個很難受的事。我默默地采集了一塊10美分硬幣大小的皮膚組織樣品,用來建立確定基因型的活體培養。我們已經有了興興和玲玲的皮膚成纖維細胞系。一個星期后,倫敦佳佳的一塊浸在組織培養液中的皮膚切片乘飛機抵達。我們檢測了熊貓細胞中的29個等位酶基因,選擇這些基因是因為它們在其他哺乳動物中具有遺傳變異性。不幸的是,這些遺傳標記沒有一個顯示出4只大熊貓之間有任何變異。我們需要遺傳差異來建立幼仔父親的身份,所以我們決定用皮膚細胞系中更大群組的蛋白,由經過雙向凝膠電泳分離的蛋白染色來分析。在我們檢查的300個蛋白質中,有6個顯示出遺傳變異性,這些變異證明了興興是嬰兒的父親,而不是佳佳。行為學家戴芙拉?克萊曼所目睹的自然交配是成功的。

了解了興興具有生殖力,此后動物園每年都嘗試自然交配。之后玲玲曾三次懷孕,但像第一胎一樣,嬰兒都沒有存活,通常是死于大量的細菌感染。1992年,玲玲在 22歲時去世,興興于1999年去世。

參與世界上第一個大熊貓父系鑒定評估對我也是一次學習。當我徘徊在國家動物園的大熊貓展區等待組織樣本時,我熟讀了展示的圖文。精心裝飾的墻面不僅描述了大熊貓保護的豐富歷史,還介紹了一個世紀來吵嚷不休的科學辯論。單是大熊貓究竟應歸入熊科Ursidae還是浣熊科Procyonidae,分類學家和熊貓生物學家都不能達成一致。作為一種妥協,有些人把它單獨歸為一科。

熊貓分類的豐富多彩的傳奇故事可以回溯至一個西方人第一次對大熊貓的描述,他就是19世紀巴斯克傳教士阿爾芒?戴維神父(Pere Armand David)。作為一個業余博物學家,戴維熱衷于記錄眾多中國特有的哺乳動物物種。1869年,他給他的科學導師、巴黎自然歷史博物館館長阿方斯?米爾內愛德華茲(Alphonse MilneEdwards)寄去了他對一種神秘的高寒生物的描述,他稱之為Ursus melanoleucus(黑白熊)。次年,戴維為博物館帶回毛皮和骨骼材料。米爾內愛德華茲研究了這個動物的骨骼和牙齒,并得出結論,它們更像大熊貓那些身材矮小的中國表親,即紅熊貓或小熊貓,而不是其他熊類。由于小熊貓已被毫無爭議地歸入浣熊科,米爾內愛德華茲便宣布,大熊貓也應該跟小熊貓一起歸為浣熊科,是一種巨型浣熊。這次交流開始了一場長達一個世紀的爭論,它以活潑而刺激的方式主導了動物學討論。

雖然大熊貓肯定看起來像熊,但它卻有一些非常不同尋常的特點,與其與世隔絕的高寒生活方式和以竹筍、竹莖和竹葉為主的高度特化的食性相關。大熊貓的頭骨和下頜骨很大,其強大的顎部肌肉和寬大的牙齒都適于破碎和研磨它的植物性食物。大熊貓有一個中度發達的第六指——熊貓的拇指——適合抓握竹筍。小熊貓也以食竹為生,它們甚至以同樣的方式抓握竹筍,但它們沒有額外的拇指。

大熊貓另外還有幾個特征是熊類所沒有的。它們雄性的生殖器很小,朝向后部,類似浣熊。大多數溫帶和北極地區的熊類物種要冬眠,而熊貓卻不冬眠。這可能是因為大熊貓無法從相當低效的能量來源——竹子——中存儲足夠的能量。熊會怒吼或咆哮,大熊貓則像綿羊或山羊那樣咩咩叫大熊貓的叫聲包括犬吠和咆哮,這兩種聲音通常在沖突時或發情時發出。 。實際上這咩叫聲相當于小熊貓和其他浣熊科動物的吱吱聲和咔嗒聲,但卻聽不到熊發出類似的聲音。

在過去130年中,在科學文獻中有超過50部學術專著,每一部都聲稱解決了熊貓的起源及其正確的分類問題。專家們的意見分為三個陣營,彼此強烈對立,卻都固執己見地認為自己絕對正確。一個陣營宣布大熊貓是一種特化的熊,屬熊科。第二陣營認為它是一種不同尋常的浣熊,屬浣熊科。中間派的一個陣營將大熊貓和小熊貓一起單獨歸為一科(熊貓科Ailuridae或大貓熊科Ailuropodidae),強調它們有別于熊或浣熊的生物學獨特性。當我在玲玲和興興的展館里等待它們的皮膚標本時,我意識到,關于熊貓進化之根唯一達成的一致,就是還沒有達成普遍的共識。

于是我開始閱讀關于大熊貓的分類的不同意見。我不得不說,給我留下了深刻印象的不只是科學辯論的深度,還有論戰各派對爭議的意義的振振有詞。傾向于浣熊派的埃德溫?科爾伯特(Edwin Colbert)在1938年指出:

“所以這個問題多年未決, 支持熊科的,堅持浣熊科的,還有中間路線派,都以最清晰的邏輯提出了他們的若干論據,而在此期間,大熊貓們則安詳地生活在四川的大山里,我行我素,從來沒有想到它們正在引起的動物學爭議?!?/p>

史蒂芬?杰伊?古爾德(Stephen Jay Gould)史蒂芬?杰伊?古爾德(1941—2002),美國古生物學家、演化生物學家,科學史學家與科普作家。 1972年,他和紐約美國自然史博物館的尼爾斯?埃爾德里奇(Niles Eldredge)共同提出“間斷平衡”(Punctuated Equilibrium)進化理論,由此享譽全球。 在1986年肯定熊科派時寫道:

“我們陶醉于我們一直未能解決某些關鍵爭論,因為所有的樂趣就在爭論中?!?/p>

支持單立一科的喬治?夏勒博士在1993年寫道:

“大熊貓就是大熊貓……在某些方面這個長期懸而未決的問題根本微不足道,它只是映射出科學上對不確定性的不快,以及讓一切整齊就位的嗜好……然而,這個爭議提出了一個根本的科學問題 —— 在分類中哪些特征是重要而有意義的?”

約翰?賽登斯狄克(John Seidensticker)在2001年若有所思地寫道:

“科學家們了解大熊貓起源的努力……已經像這個動物本身一樣,成為籠罩在誤解中的傳奇……隨著……更新更精密的技術出現……追溯不同推理思路和證據是如何展開的就十分有趣……這就是科學的運行;從來不是一成不變,總是在質疑,要再努力一次來澄清?!?/p>

從來沒有一個分類學爭議辯論得如此激烈,說辭如此優雅,有如此豐富的形態學、行為學和解剖學描述。比如1964年D?德懷特?戴維斯(D. Dwight Davis)發表的鴻篇巨著,專講對死于1938年的芝加哥布魯克菲爾德(Brookfield)動物園的大熊貓蘇琳的解剖。他這部300頁的專著分析了50個器官系統,文字和插圖充滿了精致細節,被斯蒂芬?杰伊?古爾德稱為 “本世紀最偉大的比較解剖學著作”。戴維斯的分類結論擲地有聲?!按笮茇埵且环N熊,其卷入從熊屬(Ursus)到大熊貓屬(Ailuropoda)的初級適應轉變的遺傳機制極少——也許不超過半打?!?/p>

戴維斯的觀點很快就被許多人所接受,但可惜不是所有人都接受。他的批評者認為,他的分析無論多徹底,卻沒有遵循標準的分類程序,只是圍繞他的觀察細述了一堆主觀判斷。在他的專著的第一頁上,戴維斯在腳注中承認,他從一開始就確信,大熊貓是一種熊,所以他在全書中都堅守著這個看法。他沒有試圖呈現一個大熊貓與小熊貓、浣熊和熊的全面比較分析,因為用他的話說,“這變得很困難,所以我放棄了?!贝骶S斯的工作是大師級的,很有說服力的,但更多的是描述性而不是分析性的。他的致命的弱點是他的假定,以為他的同事就為他的細節之廣度也會接受他的解釋。大多數人是這樣,但還有許多人不是這樣。

我無法抗拒這個歷經百年之久卻仍未解決并仍在尋找一種新看法的辯論。分子遺傳學肯定要參與其中,而我有了細胞系中所有必要的生物材料: 大熊貓、小熊貓和熊的DNA、蛋白質和基因的永久性來源。

在過去的幾十年中,解決種系發育歷史和分類關系的新的分子演化研究方法已經成熟。其原理是比較遺傳相似性和差異性,特別是比較幾個有親緣關系的物種的同源基因序列和蛋白基因產物(氨基酸序列)的異同?;蛐蛄胁町惖哪J奖挥脕斫沂緦е卢F生物種群組的遠古演化進程中的分裂。要構建一個物種的演化歷史,構建它的進化樹,我們再次回到分子鐘假說,即兩個物種分離的時間越長,其突變差異量越大。用物種之間遺傳差異的矩陣反向回推,用復雜的數學方法重建能最佳利用這些數據的進化樹。事實上,現在有好幾種理論方法(指名法,基于距離的方法,貝葉斯法,最大簡約法和最大似然法)都使用計算機,根據分子數據來構建種系發育樹。當所有的分析方法,特別是用了幾個不同的DNA片段,得到相同的結果時,人們就有理由相信,這些結果特指的演化關系反映了真實的演化史。

分子鐘假說已經遭遇到一些爭議。批評者指出,突變的積累并不總是精準地按照與時間比例的關系來發生,造成用分子鐘構建的演化樹的分枝長度會有過快或過慢的問題。這些批評令人不安,但并不說明這種確定演化關系的方法無效。相反,它們強調了使用不同的基因或DNA片段來重復試探性解決方案的需要。經過40多年的應用、改進和校驗,分子鐘方法已經經受住了時間的考驗。這個方法用得非常好。
既然在我的實驗室中生長著永久不滅的大熊貓活組織培養細胞,我們便采用了六種不同的分子遺傳學方法來分析大熊貓的起源問題。每種方法各有鮮明的長處和短處。但我們有信心,這六種互補的方法一旦放在一起,會給我們一個有力的答案。

六種遺傳學工具中的三種——等位酶遺傳距離,雙向電泳遺傳距離(用來確定玲玲父親身份的方法)和免疫學距離——評估不同的物種之間一組蛋白質中所積累的氨基酸序列的變化。兩個不同物種中相同的蛋白質(例如血紅蛋白或白蛋白)氨基酸序列的差異,是編碼這些蛋白質的同源基因中突變分離的后果。所以,實際上,我們正在通過量化序列差異的程度來間接追蹤基因間的演化差異。

另兩種方法,DNA雜交和線粒體DNA序列分析,是利用同源基因的DNA序列差異。這兩種分析過程直接評估基因分歧性,作為演化時間的替代指標。

最后一個方法檢查不同的物種之間染色體組織結構的差異。在漫長的演化進程中,祖先物種的染色體排列偶爾會因自發的斷裂和再接合而重新排列,這個過程被稱為易位。親緣關系近的物種染色體易位斷裂較少,而親緣關系遠的物種間長期的分離會導致較多的易位交換。通過檢查染色體的外觀,識別出兩個物種中具有相同的同源基因的區域,我們可以計數發生了多少染色體易位,辨認出它們發生在染色體上的哪一段。利用幾個物種之間這些染色體易位的模式和頻率,我們推導出了熊和大熊貓物種之間發生的染色體重排。然后,我們運用名為最大簡約法(maximum parsimony)的演化原理來分析染色體交換的步驟,這能最好地解釋導致形成現代物種染色體組織結構的染色體片段的移動。

所有這六種不同的方法對于熊大熊貓浣熊的演化謎題,都給出了相同的答案。它們共同勾畫出大熊貓演化歷史的圖景。戴維神父是對的。大熊貓確實是一種熊,它的基因連貫地出自演化樹上形成熊科動物的一支;而小熊貓的基因出自浣熊所在的分支。新的數據以一定的清晰度表明了每個物種如何以及何時發生了演化。下面就講講分子們告訴我們的故事,關于熊和大熊貓如何形成的故事。

約3000萬年前,在叫做漸新世的地質時期,今天的八種熊類(棕熊,美洲黑熊,亞洲黑熊,馬來熊,北極熊,懶熊,南美的眼鏡熊和大熊貓)和浣熊科動物(19種,包括浣熊,長鼻浣熊,蜜熊,尖吻浣熊和小熊貓)的祖先分道揚鑣,各自演化。又過了不到1000萬年,小熊貓的一個祖先與其他浣熊物種分離開來,在亞洲演化,而其余浣熊科物種則在美洲演化。

熊科動物的祖先從浣熊科物種分離出來很多年后——我們估計是在1800萬~2500萬年前——大熊貓的祖先與其他熊科動物分離。大熊貓逐漸演變出其針對高寒棲息地的特殊適應性。在現在與大熊貓分開的熊的譜系中,下一次分叉導致了南美洲的眼鏡熊(Tremarctos ornatus)為一方,而其他6種熊科物種為另一方。這個演化分離事件發生在1200萬~1500萬年前。這6種現代熊屬熊類分別是: 棕熊(Ursus arctos),馬來熊(Ursus malayanus),懶熊(Ursus ursinus),亞洲黑熊(Ursus thibetanus),美洲黑熊(Ursus americanus)和北極熊(Ursus maritimus),它們隨后在大約600萬年前彼此分離。這六種熊的分離幾乎是在同一時代,使得即使用功能強大的分子生物學技術也很難精確地確定它們彼此之間的親緣關系。

雖然遺傳學分析可以產生結論性的親緣關系,但我們估算的這些分離的年代也因研究熊科動物化石的古生物學家成為可能?;瘶吮静粌H能確認分子樹,還因為它們能提供地質年代的測定而提供了一個時間尺度。例如,野熊屬Agriarctos化石一般被認為是大熊貓一系動物的一個早期祖先,那個物種出現在大約1500萬年前的中新世。非熊貓的熊科動物的共同祖先,或“缺失的環節”,是回溯到2000萬~1800萬年前的祖熊屬Ursavus。600萬年前晚中新世的上新熊屬Plionarctos被懷疑是眼鏡熊的祖先,而奧弗涅熊Ursus minimus(約500萬年前)被認為是熊屬動物的原始祖先。

分子遺傳學產生的清晰分辨,以及六種相當不同的方法幾乎完全的一致,給我留下了深刻印象。此外,這套東西與化石標本及其發生的時間非常吻合。

如果我認為我們已經用一些被旁觀者所謂“巧妙和超現代的技術”解決了一個長達120年的演化之謎,是不是有失冒昧?也許是,但我相信,之所以分子方法解決了大熊貓之根的問題,而其他更傳統的分析方法卻一直糾結不決,有一個重要的原因,這個原因也解釋了為什么分子遺傳學方法為其他有爭議的演化難題提供了新的解決思路。

當比較生物學家檢查一個群中的幾個物種時,他或她會發現一些同源的特征,它們提供了這些動物在演化過程中密切相關的證據;還有一些同功的特征,它們會攪亂這個過程。

同源的特征是從一個共同的祖先繼承而來的特征,如果詳查,它們通常會顯示多元的復雜性和細節上的相似之處。例如,所有哺乳動物都有體毛,都由母獸的乳腺哺育,都有4個腔的心臟。這些是由哺乳動物的原始祖先傳下來的同源特征。而貓科Felidae動物的成員,后足有可伸縮的爪子和腳趾,有可縮放的瞳孔。在不同的貓科物種中,這些性狀的解剖學和生理學的細節都是一樣的,證明它們也是從一個共同的祖先繼承了這些性狀。

同功的特征表面上看起來相似,但其發展的基礎是不同的,因為它們是在獨立的演化支系分別在不同的時間里演變的。昆蟲、鳥類和蝙蝠的翼是同功器官: 功能相同——扇動著飛起來——但各有其獨立的起源。

通過計數一組物種中同源性狀相似性的數量,可以量化演化關系。共有的同源性狀數越多,物種間的關系越親密。像解剖學或化石中所描述的那些形態學特征的麻煩,在于試圖確定一個特定特征究竟是同源的還是同功的時候。如果我們將同功的相似性誤認為是同源的,我們就會曲解一個物種的演化史。大熊貓和小熊貓抓握竹子的相同方法就是一個很好的例子。

分子數據使得區分同源性和同功性更為容易得多。只要將基因序列排成一條直線,辨識出線性DNA字母或氨基酸中同源位點的位置即可。檢出的同源特征越多,種系分類的結果越有可能。我們對大熊貓檢看了約50萬個DNA字母,外加熊科和浣熊科動物5000萬年演化過程中發生的染色體易位。分子遺傳學性狀幾乎是無限的,因為一種哺乳動物的基因組含有超過30億個DNA字母,每一個字母都是按與生俱來的分子鐘設定的節奏演化的。因此,如果我們得到一個令人困惑的結果,我們就分析更多的基因,直到我們得出更有說服力的結果。

此外,大多數DNA核苷酸字母的變異是遺傳 “噪聲”,不受強有力的自然選擇影響。這對個體生存或適合度的影響被認為是中性的。這意味著,可以給每個差異與其他所有單獨變化相同的“權重”。相比之下,可見的形態或解剖學的特質,像熊貓的偽拇指或其有研磨功能的食草性牙齒之類的適應性,其在自然選擇中的作用則不容易賦權或量化。還沒有辦法來衡量多少遺傳變化能形成適應性分歧。例如,平均而言,科迪亞克棕熊是普通棕熊的兩倍大小。體型的差異會不會是一種可能預示物種分異的主要適應性?(不是,它們是棕熊的兩個亞種。)這種不確定性能嚴重混淆完全基于形態特征的分類結論。

1985年9月,我們在《自然》(Nature)雜志發表了我們對大熊貓起源的分子學結論。這期雜志的封面就是大熊貓和小熊貓的可愛照片。1987年,我為《科學美國人》(Scientific American)雜志寫了一篇這個論文的科普版,因為我想讓那些大量借鑒這本出色雜志的基礎生物學教科書的作者們能了解我們的發現的細節。當期《科學美國人》的封面是一幅色彩明麗的圖畫,畫著一個大熊貓可愛的大腦袋。

也許由于大熊貓的曝光度和這場辯論的曠日持久,我們的文章引發了強烈的反響。不少評論是贊揚的,許多人贊賞我們大量、綜合而且顯然很明確的新的成套數據。也有一些經典分類學家對所有這些喧鬧感到厭煩,因為就他們而言,大熊貓的種系發育地位問題在戴維斯20世紀60年代出版的專著就搞定了。我當然很開心,因為就連批評者也在原則上同意我們的結論。針對他們對這新一輪宣傳的惱怒,我只是指出,在戴維斯的專著之后發表的十幾篇報告,還是不同意熊科派的觀點。

1991年來自世界各地的大熊貓專家的一次聚會特別令人難忘。在弗吉尼亞州弗蘭特羅亞爾(Front Royal)的4H會議中心舉行的這次會議,迎來了中國的一個大型代表團,我們都戴著耳機,享受同聲傳譯服務。在大熊貓分類的專題討論中,我概述了我們的分子遺傳學研究結果,得到了禮貌但并不熱烈的掌聲。接下來的發言者是胡錦矗教授,一位在臥龍保護區工作多年,跟蹤大熊貓的中國野外生物學家。他與喬治?夏勒博士合著了1985那本影響深遠的著作《臥龍的大熊貓》(The Giant Pandas of Wolong)。

根據他廣泛的行為學和形態學觀察,胡錦矗認為,大熊貓和小熊貓的彼此相似無可爭議,應該值得單獨分為食肉動物的一個科——大貓熊科Ailuropodidae,以區別于熊類或浣熊類動物。他沒有提到與之相矛盾的遺傳學結果。胡教授展示的許多圖片中,有一張很引人注目的圖像支持了他的論斷: 這是一張兩團糞便的照片——一團長橢圓魚雷形狀的是大熊貓的糞便;另一團形狀相似卻只有前者1/4大小,是小熊貓的糞便。他的意思是,這些糞便的相似外觀支持了小熊貓和大熊貓的共同祖先相近的說法。我知道我面臨著很困難的事要做了。

臺上的報告之后,演講者被邀請到前邊來,面對觀眾進行討論。胡教授坐在演講人席的一頭;我在另一頭,對將要進行的交流惴惴不安。胡錦矗開始重申他的立場,其根據的數據在我看來不說太弱,也是值得商榷的。我還沒來得及回應,另一位發言人,來自北京大學的潘文石,便操著語速更快,聲音更響亮的中文反駁起他來。他認為我們的分子遺傳學結果全面、明確且令人信服??茖W界應該承認新結果的質量和毫不含糊的意義,不再糾結于表面形態的相似性。分子是不會說謊的,這個話題應該結束了。我一個字都不必說了,潘教授扭轉了乾坤。辯論停止了。我只是在心里偷笑。

討論一結束,我沖上去與潘教授握手,向他表示感謝。陪同他的是他的研究生呂植,她流利地將我的英語為他翻譯成中文,將潘的中文翻譯成英語。我們熱切地聊到深夜。我了解到,潘教授已經研究大熊貓20年,開始是在臥龍與胡和夏勒一起(潘也是他們那本書的一個作者),但野外生物學是自學的。他和呂植最初的專業背景是生物化學。

從臥龍之后,潘文石繼續領導了在秦嶺山脈的一個大熊貓野外研究,世界上現有的1100只大熊貓中從1974年開始,中國約每十年進行一次全國大熊貓數量調查。根據1985—1988年第二次全國大熊貓調查的結果,中國野外大熊貓的數量約1100只。第三次調查于1999—2003年進行,調查結果于2004年公布,野外大熊貓數量約1590余只。兩次調查使用了不同方法。 ,有230只以這里為家。他曾穿越寒冷的高山棲息地跟蹤大熊貓,有條不紊地對一群大熊貓的生活史、行為、交配、覓食和玩耍監測了16年。潘熱情地致力于大熊貓保護,并相信,穿透彌漫在大熊貓生物政治學中的夸張、不信任和誤解的迷霧的唯一途徑,就是把科研做對頭,誠實地交流科研結果,不受政治日程的擺布。

潘沒有避諱。他對高質量工作毫不掩飾地支持,對多余的花言巧語的蔑視,都是一點不留余地。在以后的歲月里,我和潘成為親密的朋友。我們合作研究,我們共享數據,我們常常一起開懷大笑。將來我們還要一同遍游中國,一路討論他的發現、我們的觀點和偏好,以及保護科學。隨著我們第一次夜談漸談漸深,慢慢地我更加了解潘那隱藏的實力,他那個子不高,不事聲張的學生翻譯,25歲的呂植女士。

呂植出生在距離北京西北300英里的蘭州, 父母是大學教授。在中國動蕩的“文化大革命”(1966—1976)期間,她的父母被迫分居兩地,所以呂植在成長過程中,有許多年是跟著她的奶奶。在她16歲時來到中國最負盛名和有競爭力的高等學府北京大學之前,她鮮少承歡在父母膝下。她在北大學業突出,三年級時,她發現了這個由富有魅力的潘文石教授領導的大熊貓野外研究項目。她當即就感到,為了大熊貓,為了中國,為了她自己的使命,她要成為這項研究的一員。

1985年,潘教授和呂植在秦嶺山脈高山竹林之中的杉樹坪建立了大本營。他們徒步跟蹤大熊貓,記錄下每一次活動。一些保護組織適時提供了購買無線電追蹤設備和頸圈的資金支持。到1992年,他們為17只大熊貓佩戴了無線電項圈,并記錄了80只大熊貓的活動,記載了11次幼仔出生和4次自然死亡事件。他們的研究將是有史以來記錄下來的最廣泛的大熊貓自然史。

在山上,呂植在業余時間里自學成才,成為一個世界級野生動物攝影師。她精彩的野生大熊貓照片在1993年和1995兩次登上《國家地理》雜志的封面。

在弗蘭特羅亞爾那第一個夜晚,潘教授和呂植跟我說,呂植準備在海外做一個博士后項目。之后,她將帶著國際視野和經驗回到中國的保護工作中。他們倆都確信,新的基因技術將成為任何保護工作的重要組成部分。我是否愿意資助呂植在我的實驗室工作幾年,對她進行分子群體遺傳學的培訓呢?她能不能仔細觀察一下自由生長的大熊貓種群的遺傳結構呢?大熊貓是不是像獵豹或佛羅里達山獅一樣,正在遭受著種群崩潰和基因貧困呢?

我當即就同意了。這對我們所有人而言是個多么難得的機會??!培養下一代保護工作者掌握紛繁的分子遺傳學?有機會檢查難以捉摸的大熊貓的多份血液和組織樣本?也許看到一點西方人難得看到的中國?我驚喜不已。呂植在1992年秋天來到我們實驗室。

我們教給呂植分子遺傳學,從前文提到的紅猩猩物種問題開始實踐;然后她轉到大熊貓的研究上。她在我們實驗室的培訓,為理查德?羅杰斯(Richard Rodgers)理查德?羅杰斯(Richard Rodgers,1902—1979),作曲家,他和詞作家Oscar Hammerstein 二世 (1895—1960)是美國最著名的音樂劇創造組?!兑魳分暋芳词撬麄兊淖髌?。 那句令人難忘的歌詞帶來了新的意義: “如果你成為一名教師,會從你的學生身上學到良多?!?/p>

那些年里,我數次同潘和呂前往中國。我們前往他們的研究點,去大熊貓保護區,參加有關大熊貓的會議,還去了他們各自的家。他們向我,一個對自然保護的起起落落著了迷的學生, 敞開心扉,暢談他們的經驗和他們的過去,全都是在中國正在發生的巨大社會變革的大背景下。

大熊貓保護的故事令人不安,但是又很復雜。殘存的大熊貓數量正在減少。根據20世紀70年代和80年代的普查,估計野外幸存的大熊貓有1100~1200只,局限在中國西部青藏高原東緣的六個高寒森林地區。這些幸存種群又被山脈、河流、道路、林中空地和人類居住區分隔開,進一步分割為24個小種群。過去25年中,大熊貓占據的范圍已經減少了一半。剩余的種群中,將近每群的數量不到20只個體。這樣小的種群會由于一個處于生育期的主導雄性個體的異常死亡、偷獵、傳染病爆發或氣候災難等隨機事件,而有很大的滅絕風險。近幾十年來,大約每年都有一個小種群眨眼就沒了。

在80年代中期,世界自然基金(WWF)與中國林業部結成合作伙伴關系,制定了《中國大熊貓及其棲息地保護管理計劃》。這個管理計劃由中國和西方一群實力很強的野外生物學家、保護人士和科學家組成,由英國保護生物學家約翰?麥金農協調。我在1985年對成都附近的臥龍大熊貓繁育中心進行為期3周的訪問期間,也為起草這個計劃幫了一點小忙。我設法在計劃中塞進了幾段話,講到近親繁殖造成的潛在的遺傳問題。但大熊貓的主要威脅不是遺傳問題,威脅是人,人,是越來越多的人。

中國的人口從1949年人民共和國成立之初的4.5億增長為1982年的10億。今天,中國大陸有12.6億人,人和大熊貓的比例差不多是100萬∶1。直到最近,在20世紀80年代成立的13個大熊貓保護區保護了大約60%的野生大熊貓,可是還有成千上萬人也居住在保護區里。對大熊貓的一個主要威脅,是保護區內外興旺的伐木業造成的棲息地喪失。偷獵也是一個重要的因素——熊貓毛皮在亞洲各首都的野生動物貿易地下市場的價格超過1萬美元,是中國農村農民年收入的100倍。在秦嶺,潘教授和呂植在10年間看到有6只大熊貓喪生于偷獵者之手。

1989年曾包括涉及大熊貓保護在內的中西方對話曾一度中斷。然而經過一段時間,我逐漸了解到,許多中國的部長、老百姓和孩子們深深喜愛這種動物,無論政治如何動蕩也決心要保護它們。終于在1992年,中國政府批準了中國世界自然基金的大熊貓保護和管理計劃,并承諾在8000萬美元的項目成本中提供1200萬美元。我、潘教授和呂植認為,差額部分可以通過大熊貓生育配對租借所賺的錢來籌集。到90年代初,來自中國的動物園的熊貓,每一對都能為中國大熊貓保護計劃凈賺高達1000萬美元的捐款。我們開始在公開和私人場合游說,讓租借費用投向世界自然基金林業部的保護項目。

1993年在成都的一個大熊貓保護大會上,潘教授和呂植為一封致中國總理李鵬的請愿書收集到29位頂尖科學家的簽名,呼吁停止在已建成的大熊貓保護區內的一切砍伐活動。一個月之內,從朱镕基副總理那里傳來令人振奮的積極回應。秦嶺的采伐被無限期停止,為重新安置生活在那里的2300名伐木工人和他們的家庭做了300萬美元的預算。此后不久,遵循世界自然基金林業部總體規劃的建議,國家級大熊貓保護區從13個增至33個。所有保護區內的木材采伐被禁止;世界自然基金培訓的反偷獵巡護員被招募來,在大熊貓棲息地巡邏。

呂植的野生大熊貓遺傳研究發現,三個山系(邛崍山,岷山和秦嶺)的種群都保留了相當可觀的遺傳多樣性水平。這是個好消息,因為它意味著這些種群變成孤立隔絕并且變小只是非常近的事,在過去幾個世紀之內。此時它們還沒有顯示出如我們在獵豹和佛羅里達山獅所見的嚴重近親繁殖的跡象。如果它們的棲息地、生活方式和獨居特性能被保存下來,它們的遺傳稟賦看起來非常光明。

1995年底,呂植回到中國,成為WWF大熊貓項目的保護協調負責人。她遍訪大片孤立的大熊貓保護區,結交護林員,給他們進行野外研究技術和野生動物管理培訓,并鼓勵他們,認識到自己孤獨的工作重要而高尚。1999年,中國政府授予她“十大杰出青年”稱號,表彰她對中國未來強有力而積極的影響。潘教授和呂植體現了他們這兩代人在所從事的保護事業中的出類拔萃。

將我吸引到大熊貓及其令人好奇的自然歷史中的,是頗具爭議的大熊貓父系鑒定和爭議不休的動物學辯論。但是我們的分子研究使我們超越了旨在解決長期存在的分類學問題的深奧學術探究。我們的研究結果證實并拓展了D?德懷特?戴維斯的真知灼見,比以往更好地展示了新的分子技術的力量和精確度。我們的科學探索過程已經進入了生物學教科書,我相信它為今后許多更復雜的分子種系發育研究打下了重要基礎。

分子學和形態學之間永無止境而且往往是乏味的戰斗已經戛然而止了。正如幾年前哈佛大學的進化生物學家恩斯特?邁爾向我打趣說的,我轉述如下: “你們這些研究分子的家伙繼續研究,給我們提供進化樹。然后,我們就可以迎接真正有趣的挑戰,解釋那些適應性借以塑造現生物種和已經滅絕物種的形態變化?!?/p>

妙哉。他太正確了。這其中就隱含著對今天研究演化的學生有先見之明的指導。熟悉并精通每一個相關學科——形態學,種系發育,化石,分子,即使你暴躁的教授永遠把住他們寵愛的理論。

對分子種系發育工具進行微調,現在正顯示出可以出人意料地應用于分類學和物種識別項目以外的領域,包括人稱分子醫學的生物技術革命。種系發育的重建,也就是我們用來探究熊貓之根所用的工具,已被證明在追查容留像HIV(來自猴子)、埃博拉病毒(來自嚙齒動物或蝙蝠)或塞倫蓋蒂獅子的犬瘟熱病毒(來自鬣狗)等新生病毒的宿主物種方面極有價值。種系發育的方法正被用來分析人類基因家族的特點,從而追查如泰薩二氏癥(Tay Sachs)曾譯為家族性黑蒙性癡呆和家族性白癡病?;颊呒毎麅热狈Π被禾侵?,不能將神經節苷脂GM2加工成為GM3,結果大量的GM2累積在神經細胞中,導致中樞神經系統退化。 、囊胞性纖維癥(cystic fibrosis)和地中海貧血等遺傳性疾病的起源,也用它來評估在組織和癌中異?;虻谋磉_。

采用種系發育方法的法醫實踐甚至也突然出現在司法領域。在1994年一個離奇的案例中,佛羅里達州墨爾本市的一位牙醫被指控讓病人感染了他攜帶的艾滋病病毒。對他和他病人的HIV病毒毒株進行了復雜的種系發育評估證明,非??隙ǖ氖撬陔x世以前傳染了幾個病人,很可能是有意的。2001年的“911”恐怖襲擊之后,分子種系發育方法是跟蹤恐怖分子郵寄的炭疽毒株來源的關鍵工具。我在NIH做臨床研究的同事們現在正在掌握種系發育運算法則,這是為解決分類問題而發展起來的,但現今成了生物醫學研究中的關鍵。

然而,大熊貓生物學方面最響亮的信息,還是物種保護是將科學和非科學學科融為一體的。爭論這兩者孰重孰輕是徒勞和浪費時間之舉。許多研究領域都有其堅定的捍衛者,甚至有學科沙文主義者沙文主義者,原指極端的、不合理的、過分的愛國主義者(因此也是一種民族主義者),一般都是過于對自己所在的國家、團體、民族感到驕傲,因此看不起其他的國家、民族和團體,是一種有偏見的情緒。如今的含義也囊括其他領域,主要指盲目熱愛自己所處的團體,并經常對其他團體懷有惡意與仇恨的人。詞源自拿破侖手下的一名士兵尼古拉?沙文(Nicolas Chauvin),他由于獲得軍功章對拿破侖感恩戴德,對拿破侖以軍事力量征服其他民族的政策狂熱崇拜。 ,他們對其他觀點視而不見、聽而不聞。這對大熊貓卻絕不可能,因為每一點微小的進步都被對大熊貓新聞的點點滴滴如饑似渴的媒體大肆宣揚。

1996年,一個中國團體宣布了克隆大熊貓作為保護策略的計劃。這想法好嗎?潘文石認為不好。他評論說: “大熊貓不是一種實驗動物……其他試管項目已經表明,為一個試管生命的成功,會有無數的失敗。我們有這么多的大熊貓來承受失敗嗎?”呂植補充說,“試管技術本身并沒有錯。錯的是選擇大熊貓來作試驗的候選動物?!睜幾h還在繼續,我們都希望能幫上忙。技術或生物技術的解決辦法不是唯一的手段,也不總是最佳的手段。

保護生物學是一門年輕的科學。早在上個世紀初,熊、狼和野生貓科動物遭到獵殺以保護我們的孩子免遭我們祖先視為致命殺手的毒手。泰迪?羅斯福、約翰?威斯利?鮑威爾(John Wesley Powell)約翰?威斯利?鮑威爾(1834—1902),美國軍人,地理學家,美國西部探險家。以1869年鮑威爾地理探險著稱。曾任美國民族學局局長。 和約翰?繆爾(John Muir)約翰?繆爾(1838—1914),美國早期環保運動的領袖。他寫的大自然探險,包括隨筆、專著,特別是關于加利福尼亞的內華達山脈的描述,被廣為流傳??姞枎椭Wo了約塞米蒂山谷等荒原,并創建了美國最重要的環保組織塞拉俱樂部。他的著作以及思想,很大程度上影響了現代環保運動的形成。 是在上個世紀之初最先擔心野生動物保護的人嗎?他們是否讀過阿爾芒?戴維神父在1875年撰寫的這些話呢?

“一年又一年,人們聽到大小斧頭在砍伐最美麗的樹木。這些原始森林在全中國只有一小片一小片的了,對它們的破壞卻以不幸的速度推進著。它們將永遠不可替代。而將隨著參天大樹消失的是多種灌木及其他植物,它們因失去其蔭蔽而無法生存;消失的還有所有大大小小的動物,它們都需要森林來生存并延續其物種……令人難以置信的是,造物主會把這么多不同的生物安放在地球上,每一種生物的特質都令人欽佩,其作用如此完美,也只有人,造物主的杰作,能永遠摧毀它們?!?/p>

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