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藝術(shù)家重現(xiàn)了3種已滅絕犀牛的形象，最前面的是板齒犀，緊隨其后的是兩頭梅氏犀，遠景則是一頭披毛犀。Beth Zaiken繪，課題組供圖

■記者 李晨陽

犀牛是一類高度瀕危的動物，它們的演化關(guān)系一直讓科學(xué)家感到非常困惑。

今天的犀牛只分布在亞洲和非洲，現(xiàn)存5個物種，從形態(tài)上可以分為雙角犀牛和獨角犀牛兩大類。令人費解的是，非洲的兩種犀牛——白犀牛、黑犀牛，以及亞洲的蘇門答臘犀牛都屬于雙角犀牛；而另外兩種亞洲犀牛——爪哇犀牛和印度巨角犀牛則都是獨角犀牛。

住得近的，長得不像；住得遠的，反倒“遙相呼應(yīng)”，這是怎么回事？8月24日，《細胞》上線的一篇論文解析了犀牛家族的進化史。而這項研究的一個意外發(fā)現(xiàn)，為人類保護極小種群生物提供了新思路。

東尋西覓“找”犀牛

在漫長的演化史中，犀?？浦辽俪霈F(xiàn)過幾十個物種，在非洲大陸、亞歐大陸乃至北美大陸均有分布。然而，更新世前的犀牛類群發(fā)生過大規(guī)模物種滅絕，就像一幅完整的拼圖，只剩下七零八落的幾塊。

“這讓我們很難依據(jù)現(xiàn)生犀牛的地理分布和性狀特征推演出犀牛類群可靠的演化關(guān)系?！闭撐牡谝蛔髡呒嫱ㄓ嵶髡咧?、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)副教授劉山林對《中國科學(xué)報》說，“事實上，多次生物大滅絕造成生物類群連續(xù)性證據(jù)的缺失，是目前生物演化歷史研究中的普遍難題。”

來自中國農(nóng)業(yè)大學(xué)、丹麥哥本哈根大學(xué)以及瑞典斯德哥爾摩大學(xué)等機構(gòu)的學(xué)者決定挑戰(zhàn)這個難題。

他們從南非的自然保護區(qū)獲得了黑犀牛樣本，從美國圣迭戈動物園獲取了印度巨角犀樣本；對現(xiàn)存僅有幾十頭的蘇門答臘犀牛，他們從一頭剛剛死去的個體身上取樣；對同樣徘徊在滅絕邊緣的爪哇犀牛，采樣來自挪威國家歷史博物館珍藏的標本；白犀牛數(shù)據(jù)則來自已發(fā)表的文獻。

除了5種現(xiàn)生犀牛外，研究人員還從俄羅斯一些博物館收藏的晚更新世化石中獲取了3種已經(jīng)滅絕的古犀牛（梅氏犀、板齒犀、披毛犀）樣品。

來自超過5萬年前的古DNA樣品以及基因組大數(shù)據(jù)分析，為解析犀牛的演化歷史補充了關(guān)鍵的缺失數(shù)據(jù)。研究結(jié)果顯示，現(xiàn)生犀牛的祖先在約1600萬年前最早分化為非洲和亞歐大陸兩個支系，現(xiàn)存的亞歐支系包括獨角犀牛及雙角犀牛。

該研究的完成有賴于全球超過30家研究機構(gòu)的合作，研究學(xué)者有著多元化的知識結(jié)構(gòu)和背景。劉山林說：“這也讓我們看到，‘大數(shù)據(jù)’可以作為將不同領(lǐng)域內(nèi)專家串聯(lián)起來的樞紐，推動跨學(xué)科合作，去解答一些過去難以回答的科學(xué)問題?！?/p>

“瓶頸期”的犀牛，還值得保護嗎？

在研究中，團隊還發(fā)現(xiàn)了一個出乎意料的現(xiàn)象：早在數(shù)萬年前，犀牛的遺傳多樣性就遠遠低于大多數(shù)哺乳動物，僅比現(xiàn)存犀牛的遺傳多樣性稍高。

“這很耐人尋味。”劉山林說，“我們通常認為，犀牛遺傳多樣性水平低是由于近百年來人類活動干擾導(dǎo)致的。但數(shù)據(jù)顯示，早在人類活動開始過度干預(yù)犀牛生存之前，這種動物已經(jīng)維持了很長時間的小種群規(guī)模，現(xiàn)存犀牛很可能已經(jīng)適應(yīng)了小種群的特征?！?/p>

進一步研究發(fā)現(xiàn)，相較于古犀牛，現(xiàn)存犀牛物種的有害突變比例顯著較低?！斑@可能是因為現(xiàn)生的犀牛種群通過群體遺傳選擇，已經(jīng)盡量清除掉了有害突變，以保證其小種群的健康?！眲⑸搅终f，“我想這在一定程度上增強了我們對保護犀牛這一瀕危物種的信心?！?/p>

“這個發(fā)現(xiàn)有著非常重要的意義?！敝袊r(nóng)業(yè)大學(xué)教授周欣告訴《中國科學(xué)報》，很多珍稀動物都經(jīng)歷過極小瓶頸期，比如所有現(xiàn)存的朱鹮都是當初在陜西洋縣發(fā)現(xiàn)的7只朱鹮的后代。

“對這些動物的保護，科學(xué)界一直存在爭議?！敝苄勒f，“因為按照傳統(tǒng)觀點，這些物種極度缺乏遺傳多樣性，本身已經(jīng)非常脆弱，甚至有人認為不應(yīng)當傾斜過多資源去保護它們。”

而該文的發(fā)現(xiàn)則顯示，至少有一些生物能在遺傳多樣性很低的情況下，依然良好地適應(yīng)生存環(huán)境?！安粌H犀牛，獵豹、山地大猩猩等物種也存在同樣的現(xiàn)象。”周欣說，“這也提示我們，在開展保護工作的時候，不應(yīng)該放棄這些遺傳多樣性較小的物種?！?/p>

周欣本人并未參與這項研究，但在劉山林加入他的團隊后，他們希望采用相關(guān)方法和技術(shù)路線去研究昆蟲等其他動物類群。

藏在博物館里的線索大有可為

研究人員表示，古DNA和基因組學(xué)研究方法與經(jīng)典的博物館館藏樣品相結(jié)合，在研究物種演化和保護方面具有廣闊的應(yīng)用空間。

隨著分子生物學(xué)技術(shù)，如無損標本的核酸提取、高通量測序技術(shù)及生物信息工具的發(fā)展，人們可以利用博物館標本解決越來越多的演化問題。正如周欣所說，“這些標本定格的不僅是動物的形態(tài)，更有很久以前的遺傳信息?！?/p>

“對瀕危動物而言，基因組承載了其演化歷史的關(guān)鍵信息，是極其寶貴的遺傳資源，也是極其寶貴的研究資源。這項研究很好地體現(xiàn)了基因組學(xué)在研究物種演化歷史和物種保護方面的優(yōu)勢。”未參與這項研究的中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)院動物研究所研究員魏輔文如此點評。

“任何一個物種的滅絕都是數(shù)百萬年演化歷史信息的丟失。而館藏標本所攜帶的遺傳信息能夠被現(xiàn)代基因組學(xué)方法解密，為理解古老的演化機制帶來新機遇，讓我們有機會了解生物在漫長的演化歷史過程中關(guān)鍵特征的變化，同時也為我們提出合理的保護策略提供了科學(xué)數(shù)據(jù)的支持?！蔽狠o文說。