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(yuǎn)景則是一頭披毛犀。Beth Zaiken繪，課題組供圖

■記者 李晨陽(yáng)

犀牛是一類(lèi)高度瀕危的動(dòng)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(gè)物種，從形態(tài)上可以分為雙角犀牛和獨(dú)角犀牛兩大類(lèi)。令人費(fèi)解的是，非洲的兩種犀牛——白犀牛、黑犀牛，以及亞洲的蘇門(mén)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(dú)角犀牛。

住得近的，長(zhǎng)得不像；住得遠(yuǎn)的，反倒“遙相呼應(yīng)”，這是怎么回事？8月24日，《細(xì)胞》上線的一篇論文解析了犀牛家族的進(jìn)化史。而這項(xiàng)研究的一個(gè)意外發(fā)現(xiàn)，為人類(lèi)保護(hù)極小種群生物提供了新思路。

東尋西覓“找”犀牛

在漫長(zhǎng)的演化史中，犀牛科至少出現(xiàn)過(guò)幾十個(gè)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(lèi)群發(fā)生過(guò)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(lèi)群可靠的演化關(guān)系。”論文第一作者兼通訊作者之一、中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)副教授劉山林對(duì)《中國(guó)科學(xué)報(bào)》說(shuō)，“事實(shí)上，多次生物大滅絕造成生物類(lèi)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(lái)自中國(guó)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(jī)構(gòu)的學(xué)者決定挑戰(zhàn)這個(gè)難題。

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

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(lái)自超過(guò)5萬(wàn)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(bǔ)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(wàn)年前最早分化為非洲和亞歐大陸兩個(gè)支系，現(xiàn)存的亞歐支系包括獨(dú)角犀牛及雙角犀牛。

該研究的完成有賴(lài)于全球超過(guò)30家研究機(jī)構(gòu)的合作，研究學(xué)者有著多元化的知識(shí)結(jié)構(gòu)和背景。劉山林說(shuō)：“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(zhuān)家串聯(lián)起來(lái)的樞紐，推動(dòng)跨學(xué)科合作，去解答一些過(guò)去難以回答的科學(xué)問(wèn)題。”

“瓶頸期”的犀牛，還值得保護(hù)嗎？

在研究中，團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)了一個(gè)出乎意料的現(xiàn)象：早在數(shù)萬(wàn)年前，犀牛的遺傳多樣性就遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于大多數(shù)哺乳動(dòng)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(shuō)，“我們通常認(rèn)為，犀牛遺傳多樣性水平低是由于近百年來(lái)人類(lèi)活動(dòng)干擾導(dǎo)致的。但數(shù)據(jù)顯示，早在人類(lèi)活動(dòng)開(kāi)始過(guò)度干預(yù)犀牛生存之前，這種動(dòng)物已經(jīng)維持了很長(zhǎng)時(shí)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。”

進(jìn)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。“這可能是因?yàn)楝F(xiàn)生的犀牛種群通過(guò)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。”劉山林說(shuō)，“我想這在一定程度上增強(qiáng)了我們對(duì)保護(hù)犀牛這一瀕危物種的信心。”

“這個(gè)發(fā)現(xiàn)有著非常重要的意義。”中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)教授周欣告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，很多珍稀動(dòng)物都經(jīng)歷過(guò)極小瓶頸期，比如所有現(xiàn)存的朱鹮都是當(dāng)初在陜西洋縣發(fā)現(xiàn)的7只朱鹮的后代。

“對(duì)這些動(dòng)物的保護(hù)，科學(xué)界一直存在爭(zhēng)議。”周欣說(shuō)，“因?yàn)榘凑諅鹘y(tǒng)觀點(diǎn)，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(rèn)為不應(yīng)當(dāng)傾斜過(guò)多資源去保護(hù)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。“不僅犀牛，獵豹、山地大猩猩等物種也存在同樣的現(xiàn)象。”周欣說(shuō)，“這也提示我們，在開(kāi)展保護(hù)工作的時(shí)候，不應(yīng)該放棄這些遺傳多樣性較小的物種。”

周欣本人并未參與這項(xiàng)研究，但在劉山林加入他的團(tuán)隊(duì)后，他們希望采用相關(guān)方法和技術(shù)路線去研究昆蟲(chóng)等其他動(dòng)物類(lèi)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(hù)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(wú)損標(biāo)本的核酸提取、高通量測(cè)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(biāo)本解決越來(lái)越多的演化問(wèn)題。正如周欣所說(shuō)，“這些標(biāo)本定格的不僅是動(dòng)物的形態(tài)，更有很久以前的遺傳信息。”

“對(duì)瀕危動(dòng)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(xiàng)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(hù)方面的優(yōu)勢(shì)。”未參與這項(xiàng)研究的中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)科學(xué)院動(dòng)物研究所研究員魏輔文如此點(diǎn)評(píng)。

“任何一個(gè)物種的滅絕都是數(shù)百萬(wàn)年演化歷史信息的丟失。而館藏標(biāo)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(jī)制帶來(lái)新機(jī)遇，讓我們有機(jī)會(huì)了解生物在漫長(zhǎng)的演化歷史過(guò)程中關(guān)鍵特征的變化，同時(shí)也為我們提出合理的保護(hù)策略提供了科學(xué)數(shù)據(jù)的支持。”魏輔文說(shuō)。