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别样“撸猫”揭开华南虎演化之谜

来源:中国科学报2023-09-12 09:41

  近日,喜欢“撸猫”的罗述金和她的团队在《自然-生态与演化》发表了一篇与“大猫”华南虎有关的论文,补齐了华南虎出现前后的演化路径。

  罗述金是北京大学生命科学学院及北大-清华生命科学联合中心的研究员,她家里养了5只猫,实验室里还摆着猫科动物的标本和骨架,办公桌旁贴着各种虎、猫的照片……她所在的团队,是目前国内外少有的用分子遗传学方法研究猫科动物的团队。

  有些学生想做罗述金的研究生,理由是“特别喜欢猫”。罗述金听完笑了笑:“喜欢猫,养猫就好了。”

  在她看来,“撸猫”归“撸猫”,科研归科研,科研人“撸猫”该用一种别样的姿势。

  华南虎被“污染”了吗?

  最新发表的论文,研究始于2004年,耗时近20年。

  2004年,罗述金还是美国明尼苏达大学的博士生。她以封面文章形式在《公共科学图书馆-生物学》上发表了人生中第一篇猫科动物研究论文。这篇论文改变了人们对虎的传统认知,因为她发现现存虎还有第6个亚种“马来虎”。

  做那项研究时,罗述金在为不同亚种虎检测基因的过程中,意外发现了一个奇怪的情况——圈养的华南虎种群里有印支虎的遗传信息。

  “会不会是圈养时错误引入印支虎,‘污染’了华南虎?”罗述金心里打鼓。

  华南虎是中国独有的虎种。20世纪50至70年代,华南虎因遭大肆捕杀而从野外消失。1963年前后,华南虎开始人工繁殖。

  一位朋友提醒罗述金:“如果最后发现是圈养管理的问题,岂不是会得罪很多人?”

  除了可能“得罪人”,罗述金还面临采样困境——如何检测到野生华南虎的基因。全球仅存的200多只华南虎均为圈养,去哪儿找野生华南虎?

  罗述金不甘心,“这个问题很重要”,它不仅关乎华南虎的圈养管理,也关乎华南虎亚种的独特性问题。

  唯一的可能就是去找有明确地理来源信息的野生华南虎标本,可这些标本散布于世界各地的博物馆。

  2011年,她在陕西动物研究所博物馆和湖南师范大学,分别找到了1964年来自秦岭的华南虎标本和1955年在岳麓山被击毙的华南虎标本。2019年,她在美国自然历史博物馆找到了1919年来自中国福建的华南虎样本。

  她和合作伙伴游走于全国各地,寻找虎骨、虎皮的踪迹,就连神婆轿子里的虎皮坐垫都没放过。只可惜,大部分收藏者无法提供藏品的地理信息。

  真正的转机发生在2015年夏天。罗述金多年的合作者Yamaguchi在德法交界一个不知名的小镇博物馆里,发现了5份1905年华南虎亚种定名时的模式标本,并协助罗述金获得了样品。

  从这5份模式标本中,他们找到了与圈养华南虎类似的印支虎遗传信息。

  罗述金悬着的心终于放了下来:“不是圈养的问题。”

  然而,危机并未解除。如果华南虎里有印支虎的遗传信息,那么中国独有的华南虎还能算是独立的亚种吗?

  幸好,采集到的华南虎样本全基因组信息显示,野生和圈养华南虎在全基因组层面依然是一个单系群。罗述金松了口气:“华南虎依然是一个完整的亚种,它们的演化过程也是独特的。”

  这项研究的结论是,在历史上的冰期,中国西南山地成为老虎的避难所之一,冰期结束后,气候回暖,老虎随着猎物分布区的扩散而迁徙,西南山地的虎种群迁徙到中国东部地区,与来自中南半岛往北扩散的虎种群融合,形成华南虎,并继续扩散到东北亚和中亚,形成东北虎和里海虎。

  “由此可见,中国东部地区形成了虎演化史上重要的‘基因大熔炉’,对于虎的分布格局有着重要的意义。”罗述金说。

  她的团队历时近20年从全世界收集到的33份地理来源明确的博物馆藏样本,组成了迄今最全面的华南虎遗传资源库。

  与“魔咒”共存

  论文刊出后,罗述金掐指一算:“还是没有打破‘五年魔咒’啊。”

  近20年里,罗述金关于“大猫”“小猫”的论文发表了20多篇,却一直没能走出虎研究的“魔咒”。

  2004年发表第一篇关于虎演化的论文之后,她一直致力于虎的基因组学研究。

  2008年,她发现圈养虎保留了野生虎所没有的基因组多样性,该发现以封面文章发表于《当代生物学》;2013年,她发现了决定白虎毛色的遗传机制,该成果以封面文章发表于《当代生物学》;2018年,她用群体基因组学方法描绘出当时最完整的虎的自然史和演化史,相关研究又以封面文章发表于《当代生物学》。

  直到2023年,华南虎圈养群体混入印支虎遗传信息的谜题,随着《自然-生态与演化》论文的发表最终得以破解。

  这些与虎有关的论文的间隔期基本都是5年,罗述金笑称其为“五年魔咒”。

  其实,罗述金的很多研究都要花5年、10年甚至更长时间,她也习惯了这种“慢”。在找不到样本、前景不明的“间隔期”里,她总能找到做不完的“有意思的课题”。

  例如,早在1868年,达尔文曾记录过一个有趣的现象,在东南亚地区广泛分布着短尾的家猫,比例几近一半。罗述金团队对此感到好奇——尾形的多态性如何反映物种的适应性演化或独特的种群历史。

  为了揭开谜团,实验室开始家猫谱系繁殖。他们养了两只猫,一只是雄性、正常尾长的美国短毛猫,一只是雌性、来自广州的短尾流浪猫。两只猫生下了3窝共18只小猫。他们通过基因组测序分析短尾猫家系的遗传信息,同时分析从亚洲各地采到的数百只尾长多样家猫的遗传信息样本,最终找到了与家猫短尾有关的遗传变异基因。研究成果发表于《科学通报》。

  在这些研究中,他们只需要观测小猫的表型,给小猫采血。因此,小猫出生后不久,罗述金团队全体人员一齐出动,广发领养信息,为小猫找好人家,而她自己家里,也“顺便”落户了3只。

  今年6月15日,罗述金发朋友圈为小猫庆祝9岁生日,她调侃说:“作为‘实验动物’能活到文章出来已经是非常规了吧,感谢各家的关爱和照顾,让喵生幸福。”

  最近,罗述金团队启动了亚洲野猫遗传演化的课题,研究在我国还不受大众关注的珍稀濒危小型猫科动物。她和学生在网上向公众征集野猫和特定地区家猫的线索,并远赴新疆和田采集信息和样品。

  同一时间,为了找到影响动物毛色的基因,她的团队还在实验室养起了有漂亮褐色斑纹的玉米蛇,繁殖谱系,取其蛇蜕做研究。一有客人来访,罗述金就很开心地“请”出温顺的蛇妈妈,让很多人实现了第一次和蛇的“亲密接触”。

  “顺其自然就是最好的历练”

  罗述金喜欢猫、喜欢虎、喜欢很多动物,但这并不是她开启研究的初衷。有时,她会下意识地在“喜欢动物”和“研究动物”之间划条边界。

  罗述金本科就读于北京大学生命科学学院,学的是生物化学和分子生物学专业。从当时在学院里讲授“保护生物学”的大熊猫研究专家潘文石教授身上,罗述金打开了眼界:“原来中国也有野生动物的野外项目。”

  潘文石曾于上世纪80年代在卧龙和秦岭的野地中对野生大熊猫进行了长达17年的研究,弄清了大熊猫濒临灭绝的真正原因。本科期间,罗述金跟随潘文石团队一起去野外寻找白头叶猴,开启了野生动物探索之路。

  大学毕业,出国读博,她选择了当时中国学生很少会选的研究方向——保护生物学。

  “我希望将来能从事和野生生物有关的研究。至于研究对象是植物、鸟,还是猫,其实在开始的时候无所谓。”罗述金说。

  她选择了在明尼苏达大学从事野生虎保护研究的David Smith教授做导师。见面时,Smith坦诚地说:“我的经费不多,勉强能支撑你第一年。我在美国国家癌症研究所的同事Stephen O’Brien是世界上优秀的保护遗传学家,或许你可以用遗传学方法研究虎的保护和演化。”

  博士研究生的第二年,在Smith和O’Brien两位导师的共同引领下,罗述金正式走上猫科动物保护遗传学的研究之路。

  如今,罗述金关于猫的研究也得到了公众的关注,她甚至会收到一些求助信息:“罗老师,可以帮忙呼吁解决流浪猫的救助问题吗?”“罗老师,你看看我家的猫生了什么病?”

  罗述金尽可能地在喜欢猫和做科研之间画一道线:“我不是做动物保护工作的,也不是兽医。我的工作是研究,解答关于猫科动物的遗传演化问题。”

  凭借分子遗传学技术,罗述金团队就像侦探一样,协助森林公安机关侦破了多起野生动物案件。在山区羊圈羊羔被害案件中,他们确定了捕猎的真凶;在佩戴颈圈豹猫遭遇报复性猎杀案件中,他们协助调查取证;他们还帮着鉴定被罚没的云豹皮草大衣的真伪……

  生活中的罗述金热爱运动。她曾是北京冬奥会高山滑雪项目竞赛的技术官员。但相比滑雪,罗述金更喜欢登山和长跑。

  本科时,她参加了北大山鹰社,第一次上青藏高原,就直奔海拔6282米的阿尼玛卿峰。2022年夏天,她在8天内先后登顶5396米的云南哈巴雪山和6178米的青海玉珠峰。

  喜欢长跑的她还一直想跑回“全马”,但目前工作和生活之外的时间只能支持她训练半程马拉松。

  “我在长跑训练上比较懒散,至今没完成一次‘全马’。但是,20年过去了,我还一直在路上跑。我想,这对我来说,才是最重要的吧。”罗述金说,“顺其自然就是最好的历练。”(记者 倪思洁)

[ 责编:张佳兴 ]
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