灰熊和北极熊杂交产⽣的灰北极熊,具备⽣殖能⼒。图⽚来源:Corradox
撰⽂|Daniel Rubinoff
翻译|孟凡琼
审校|王昱
每个初中⽣都在课堂上学过物种的定义:同⼀物种的⽣物可以交配并产⽣可⽣育的后代。对于不满⾜这⼀条件的植物或动物,我们将它们称为不同的种。但有时想到同属于家⽝亚种(Canis familiaris)的⼤丹⽝和吉娃娃也符合这⼀定义,确实会让⼈有些困惑。总的来说,它能很好地描述我们⾝边的⽣物多样性。除⾮,这个定义本⾝就是错误的。
不久之前,科学家掌握的基因测序技术还只能检测⽣物的⼀⼩部分DNA。这仅能提供该⽣物体遗传信息的概况,例如它是否是杂交品种等。科学家利⽤这些DNA⽚段来推测两种⽣物的关系。⽽现在,我们已经能够快速准确地测序整个基因组。对于每种⽣物包含的的⼏百万条DNA,我们能够检测其中的⼤多数,最终却发现“物种”间的界限并不像我们想的那样清晰。
杂交⽣物携带多个物种的DNA。由于它们的上⼀代打破了⽣殖隔离,科学家本认为这些不幸的⽣物不能再次繁殖。但新的基因数据提供了越来越多的证据,表明物种间并⾮⽆法交换基因,这种情况违背了我们熟知的演化规则,甚⾄可能发⽣在亲缘关系不那么近的物种之间。
狮⼦和⽼虎杂交产⽣的狮虎(liger)。图⽚来源:Ali West
雄性狮狮虎,由雄性狮⼦和雌性狮虎杂交产⽣(liliger)。图⽚来源:A.C. Tatarinov
⼲旱、洪⽔和热浪等极端⽓候的增多,逐渐破坏了许多⽣物赖以⽣存的稳定⽣态环境,⽽这些杂交物种或许能⽐它们的祖先更好地应对⽓候的变化。通常,每个物种都会演化出它独有的优势基因,⼀个个⼩的基因突变或对或错,积累有利基因的过程漫长⽽艰巨。当不同的物种杂交时,⼀个物种可以通过与杂交种交配,直接获得另⼀个物种演化出的有利基因,与常规的演化过程所⽤的时间相⽐,这仅仅是⼀瞬间。
这种DNA的重组有时可以给⼀个物种带来巨⼤的优势,⽐如更强的抗病能⼒或对新环境的适应能⼒等。杂交让物种可以像交换卡⽚⼀样快速交换它们最好的基因。这不仅不像我们想象的那样有害,还能作为基因升级的快速途径,为许多动植物带来益处。虽然许多杂交的个体并不总能成功繁殖,甚⾄⼤多数情况下都存在先天缺陷,但基因组学明确表明:杂交⽣物有时可以找到交配对象并繁殖,最终将新的基因组合融⼊其中⼀个亲代⾎统中。
这与在⽓候变化中幸存有什么关系呢?杂交对于抵御⽓候变化具有深远的影响——智⼈就是⼀个很好的例⼦。科学家长久以来认为,当⼈类祖先和尼安德特⼈(Neanderthal)共同在地球上⽣活时,杂交让我们获取了尼安德特⼈在欧亚⼤陆⽣活⼏千年磨练出来的⽣存基因,使⼈类的免疫应答变得更快,紫外线吸收能⼒也更强。
在⼈类⾛出阳光充⾜的⾮洲⼤陆时,这些基因帮我们抵御新的病原体,适应欧亚较为⿊暗寒冷的⽓候,给我们带来了巨⼤的帮助。基因组技术的发展使我们了解到,⼤多数欧洲⼈和亚洲⼈的DNA中都有2%-4%可以直接追溯⾄尼安德特⼈。由于它们为⼈类物种带来了显⽽易见的好处,⼤多数⼈的基因组中都包含⼀些来⾃智⼈以外的基因。
在克罗地亚的⽂迪亚洞⽳挖掘的⾻头碎⽚,被认为来⾃三位⼥性尼安德特⼈。图⽚来源:Max Planck Institute for Evolutionary Anthropology / Frank Vinken
物种杂交的灵活性并不仅仅被⾃然演化所允许,演化甚⾄促进了物种杂交本⾝。那些利⽤杂交带来的优势,极⼤提⾼了⾃⾝适应能⼒的物种有更多的长期⽣存机会,同时它们或许能够更好地应对加剧的环境变化和随之⽽来的不稳定因素。
近⽇有新闻报道,华盛顿颁布的⼀项⽓候法案预期将在未来⼏⼗年中,⼤⼤降低美国的碳排放量。这是向正确⽅向迈进的⼀⼩步,但对于很多受到⽓候变化威胁的物种来说,它还是来得不够及时。
去年秋天,美国鱼类及野⽣动物管理局(U.S. Fish and Wildlife Service)公布了23种灭绝的动植物物种。随着⽓候愈发不稳定,这份名单也会变得越来越长。⽓候变化已经从⼀个抽象的预测成为了不断加剧的全球性灾难,将为⽣物多样性带来更加严峻的考验。
然⽽,⼤⾃然的适应⼒还留给了我们⼀线希望。
如果我们留出⾜够的⾃然环境,让不同的物种在此繁衍,和其他物种接触,让有利的基因在物种间传递下去,那么进⾏杂交的物种很有可能挺过这场⽓候灾难。这只是通向⽣存的⼀条潜在途径,并不是保障。杂交不是魔法,由于⼈类对动植物栖息地过度的破坏和快速的⽓候变化,⼤多数物种并没有⾜够的时间和机会通过杂交受益。但这也并不是死路⼀条,我们为减缓⽓候变化和保护⾃然环境做的任何事情,都会给⽣物多样性带来新的机会。
虽然⼈类活动可能还会导致其他物种的灭绝,但希望基因交换,这⼀长久以来没有被明确认识到的现象,可以为某些物种提供⼀个我们意料之外的⽅法,帮助它们避开灭绝的命运。