我们应该如何认识物种?

来源:大科技·百科新说 ·2018年04月20日 20:10

我们应该如何认识物种

余文龙

物种的定义是一种我们在生活中最为熟悉的科学问题。我们时而对新物种的发现感到兴奋,时而哀悼濒临灭绝的物种的命运,时而因为《物种起源》这本书中的观点争论不休。我们希望通过对物种的归类,领悟到一种令人肃然起敬的自然秩序,就好像在博物馆的抽屉里边,我们看到蝴蝶、蜻蜓、甲壳虫和其它昆虫们明确而又分离地摆放着,每一类物种上都整洁地标着像宝石饰物一样的标签。

可惜的是,现实世界与我们的期望形成了鲜明的对照,科学家们发现的物种越多,其概念就越模糊,生命形态的多样性使它们之间的界线变得难以寻找,物种与物种之间甚至开始相互掺和,生命的种类连成了一条没有缝隙的链条。

“物种”分类总有漏洞

“物种”概念的产生至少要追溯到瑞典植物学家卡尔·林奈那里,他在1735年发明了生物分类学的体系,首创了纲、目、属、种的分类概念,将地球上的生物分成了8800多个物种。生物王国命名混乱的局面也被他调理得井然有序,生物资料开始变得清楚,易于整理了。可是即便在那时,生物学家也看到了林奈分类法的模糊地带,一些物种只能通过勉强可感觉到的细微差别区分开来。在19世纪,达尔文发现,按林奈的分类法,一个物种内部个体之间的差异常常比物种内隔离开的不同群落间的差异更加明显,有时甚至比不同物种间的差异还要明显。达尔文由此认为自然界是一个连续的系统,不应考虑物种的分类。但他的这种观点虽然认识到了物种间的连续性,却也忽视了物种的间断意义,因而也无法得到公认。达尔文之后的生物学家们依然在努力寻找将物种切割分开的方法。

后来,生物学家们找到了一个看上去很可靠的标准——“生殖隔离”法:如果两个生物个体的交配不能产生有生育力的后代,那么这两个生物个体就属于不同的物种。举例来说,马和驴相互交配的后代是骡子,骡子的个体比马或者驴都更加高大,但是骡子没有生育能力,所以马和驴属于两个物种。但是这个标准排除了地球上数量非常巨大的其它有机体,比如细菌。细菌根本不能进行交配,它们是无性生殖的。另外,一些有性别的物种也不能用“生殖隔离”方法区分。自然界存在一些特定种类的鱼,它们不能生产雄性鱼,但是雌性鱼需要通过交配来激发未受精的卵子的发育。因此雌性鱼和其它物种的雄性鱼交配。这并不是严格意义上的孤雌生殖,但是由于雄性鱼并没有使卵子受精,这也不是异种交配。看来,靠生物的交配行为认定物种是很困难的,特别是对于盯着博物馆样品的古生物学家来说更是如此,因为想要弄明白已经成为化石的动物们的性生活几乎是不可能的。

在20世纪50年代,美国古生物学家乔治·辛普森提出了“进化分类学”的概念。他认为物种是一种“血统”,物种内的个体从共同的祖先传承下来,它们保持着一些祖辈特征并且追随共同的路径进化。进化分类学适合与化石打交道的生物学家,涵盖的范围也非常的广泛,足以容纳无性生殖和孤雌生殖的种族。但是在提供一种识别种族的标准方面,并没有什么进步。

DNA分类法也会出错

生物学家们的一连串努力的失败使他们感到了有些气馁。物理学家们有原子物理,化学家们有高分子化学,生物学家们担心如果他们不能以同样的精确度来解释“物种”这个生物学基本单位的话,实在是有伤颜面。例如,在美国的科罗拉多州,渔业专家们每年以数十万美元的费用来保护一种濒临灭绝的鲑鳟鱼亚种,耗费了大量的财政。然而在2007年,通过对这种鲑鳟鱼亚种的基因进行分析,大多数受到保护的鱼实际上属于非常普通的鲑鳟鱼亚种,虽然它们和濒危亚种长得很像。

这个事件给生物学家们提了个醒,我们不能从进化和形态上给生物分类,也许可以通过分析生物基因来进行分类,于是“DNA条形编码”这种鉴别技术开始变得非常火热。生物学家们好像得到了“救命稻草”,以致于目前大部分有关物种分类的论文都离不开这种方法。

“DNA条形编码”这个词暗示着这一方法是一种非常直截了当的程序,就像在超市收银台处使用激光扫描条形码区分商品那样。生物学家先用机器将一个基因序列测出,随后再对其进行分析,数小时之后就能“生产”生物样品的条形码,真是既快捷又便宜。DNA条形编码中涉及到的最具代表性的一段序列取自线粒体,线粒体DNA来自母系遗传,是追溯动物母系族谱的有效工具,所以它是反映物种区别的一个指标性特征。

但是线粒体DNA只遗传母系,如果源自同一母系、但父系不同的两个物种,在过去的岁月里早已分离很久,线粒体却显示它们仍是同一物种,这就会误导生物学家的分类。例如,根据线粒体DNA条码的显示,非洲象和亚洲象属于同一种类,而细胞核DNA的条形编码——既包含母系遗传又包含父系遗传——讲述了一个不同的故事:实际上,非洲象和亚洲象之间的差异就像现代亚洲象与古代猛犸长毛象之间的差异那么大,它们之间实际上已经产生了生殖隔离,无法交配产生下一代。

换个角度看“物种”

物种之间的差异可以表现在很多方面,除去形态学和基因的差别,还存在气味、生长季节、发声法、特定的食物和捕猎对象、听觉或者一些其他鲜活的特征。这些特征也许不能在博物馆的橱窗里展览,但是它们可以产生有性或无性、生存或死亡、群居或独处的差别,并且这些差别并不仅仅影响着一类物种。也许当我们换个角度来看看“物种”分类对我们的影响的时候,我们反而会透彻很多。

世界各地存在一些疟疾肆虐的区域,科学家们正在对蚊子进行DNA条码研究,打算把其中的一些隐藏的亚种找出来。这些蚊子都是同一种类,但我们研究它们对人类的危害时,从物种角度来分析已经没有意义了,我们需要对这些蚊子进行重新归类,把其中对人类有害的种类挑出来,将它们不引人瞩目的细节放大,从而帮助公共卫生劳动者更有效地在资金受限的基础上把攻击目标锁定,使得一些孩童免遭死亡的威胁。

因此,我们应该停止对可以适合一切物种的“终极”分类法的追求,而是要根据实际需要,运用不同的物种概念对待不同的群体。形态学对哺乳动物有用但可能对细菌无效;基因遗传学更适合细菌但并不适合化石生物;进化分类学则是古生物学家拿手的工具。我们不应拘泥于物种如何分类,不要为了分类而分类,而要仔细研究生物是如何生存的。当你能够理解你面前的生物的时候,有关物种的困扰自然云消雾散。

如此看来,一些生物学家通过对狮子和老虎进行“逼婚”、观察其后代有没有生育能力的工作,其实是背离了科学研究的初衷,没有抓住“物种”这一概念真正有意思的地方。

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