互动科普

红狼的种属归属问题

Robert K. Wayne，John L. Gittleman

红狼是一个种呢，还是灰狼和草原狼杂交而长期形成的杂种？这样的区分可能影响正在进行的对拯救大量濒危物种的努力。

在十八世纪和十九世纪，美国东南部的居民经常讲述他们遇到过一种叫红狼的动物：长腿的、红褐色的这些动物，学名叫Canis rufus（红狼）。可是，到70年代初期，由于猎杀捕食家畜的野生动物和将林地转换成耕地，致使曾经广泛分布过的红狼群体萎缩到仅存在于得克萨斯州东部和路易斯安那州西南部的一个群体。到70年代末甚至连这个群体都己消失。

幸运的是，由于美国鱼类和野生动物保护小组的快速行动——是在濒危物种法的权限内进行的——在红狼被全部消灭之前建立起了一个捕获的红狼群体。要完成这项任务很不容易，许多保留下来的红狼已与大量的亲缘十分接近的草原狼（C. latrans）交配而产生出杂交后代。但是科学家们是能够找到显然没有草原狼家系痕迹的24个红狼，而且他们成功地对这些动物制定了一个繁育计划。结果，目前在笼中生活的红狼已有数百只，为把它们放回到象田纳西州大雾山国家公园（The Great Smoky Mountains National Park）这样一些地方去提供了红狼资源。在保护红狼上所取得的成功出乎意料，并为怎样从灭绝的边缘中解救濒危物种提供了一个模式。

然而，通过捕捉繁育和再放回自然来拯救一个物种代价是昂贵的。美国鱼类和野生动物保护小组对红狼的野外研究和保持捕捉繁育的设施所编制的今后五年的计划预算大约是450万美元。保护红狼和其他濒危动物的费用最近已把新的注意力集中于生物学家应该使用怎样的标准来决定哪些动物应该受到最大的关注。

这个问题仍然有争议，因为濒危物种法对所有种类的濒危种群都一视同仁，而不管它们是种、亚种（群体间彼此显示出有小的差异），或在某些情况下乃至是由两个种杂交而产生的杂种。可是，面对受威胁的动物群体的数量与日俱增和动物资源日益下降的情况，自然保护生物学家被迫采取分门别类的措施：他们必须确定许多濒危动物中各自应该拯救哪些种群，以及对每种生物应尽多大的力量。

有些决定是明确的。作为保护运动象征的大熊猫几乎面临灭绝，而且是整个熊亚科的唯一活着的代表。少数人也许不相信大熊猫比其它有适当群体的动物种的较小亚种更值得保护。可是许多情况是极不明确的。在这些例子中，生物学家们通常更关心的一个种的最后代表而不是正在缩减的亚种和不能持久的杂种群体。不过，根据我们对红狼的正确的分类学分类证明，确定一个群体是否构成独立的群体往往可能是有问题的。

种是什么？

决定给定的群体是否构成一个种可能是困难的。部分原因是这里没有一个可接受的定义。几年前，进化生物学家Ernstt W. Mayr曾提出生物学种的概念，建议定义应建立于生殖相容性基础上。特别是，他认为种是一群能够彼此交配以产生可育后代、但不能成功地与不同类群的成员进行交配的动物。

不过，这一观点可能限制太强。首先，正如经常发生在犬科中的那样，种之间的交配（杂交）在自然界中是十分普遍的。其次，在某些情况下，两个群体之间的差异不能阻止它们杂交繁育，即使说它们在与繁殖无关的性状上颇为不同也如此。人们可能会问，这类根本不同的类群是否应该被视为一个种，与生物学种概念有关的第三个问题是，研究人员总是不能确定生活在不同地区的两个类群是否有能力进行杂交繁殖。

当这种生物学种的概念在实际应用上有困难时，一些研究人员使用生物体的可观察到的一些特征之表现型来代替。已各自进化的两个类群，在它们的许多性状方面，如头的大小或齿的宽度，似乎都显示出可测量到的差异。如果一个类群各测值的分布与另一类群的各测值的分布不相重叠，则这两个类群可以被视为不同的种。另一个被广为争论的取名为种的观点，是基于所存在的一些独特的特征在其它一些有密切亲缘关系的生物中未曾发现——例如，人的直立姿式——或基因内有区别的核昔酸[DNA（脱氧核糖核酸）的组成单位]顺序。

要证明红狼适合所有这些描述是极具挑战性的。例如，根据Mayr的定义，红狼不是一个种，因为它不能广泛地与草原狼和灰狼（C. lupus）交配繁殖。而根据其表现型性状对红狼所作的分类研究己得到了一些含糊的结果。John James Audubon和John Bachman在其1851年出版的经典著作《北美的胎生四足兽类》中描述了红狼，他们已很难从躯体上同与之相似的草原狼和灰狼加以区别。现代的研究人员根据对表现型性状的考察，各自把红狼定为灰狼的亚种、草原狼和灰狼的杂交种和完全成熟的种。

美国鱼类和野生动物保护小组的Ronald M. Nowak对红狼构成一个单独的种已提出了强有力的证据。1979年他研究了家犬、红狼、草原狼和灰狼的15个头盖骨和齿的特征。他发现，1930年前收集的红狼的头盖骨的大小和结构大致属于草原狼和灰狼之间的中间型，实际上可以将其与草原狼和灰狼这两个种的头盖骨相区别。加之对北美狼化石记录所作的分析使Ronald M. Nowak断定，红狼最早出现于大约一百万年前的更新世初期，因而它出现于现代草原狼和灰狼出现之前。由于红狼明显表现出古老的起源，他推测红狼是草原狼和灰狼两个种的祖先，且有长期而不同的进化史。

Nowak还确定1930年后收集的红狼头盖骨看来更接近草原狼的头盖骨。他推论，自30年代开始红狼变得稀少是由于包括破坏动物生境和建立控制捕食动物计划在内的人类活动的结果。于是保留下来的红狼开始与草原狼交配，以至于出现了红狼-草原狼杂交的群体。

无论如何，我们的研究已使我们得出结论，头盖骨的测定不能肯定地帮助确定红狼作为种的状况和进化史。我们现在事实上仍然认为，Nowak研究的头盖骨数据与红狼是灰狼和草原狼的杂种的可能性是一致的。一旦把灰狼和草原狼这两个种进行杂交，人们就会指望精确地找到Nowak检测到的这种中间表现型。在加拿大的一些地区确实已观察到草原狼和灰狼进行杂交，并产生出其头盖骨大小相似于Nowak在红狼中发现的那样大小的头盖骨的动物。

有特征性的基因

在进行我们原以为会证明红狼组成它们自己的种的广泛的基因分析之后，我们得出了我们的结论。由于对现有数据的暖昧性不满意，我们于1989年寻找到了也许可用于定义种的第三个证据：红狼可能具有某些独特的性状|——大概有一条不同寻常的DNA链——这标志着它作为一个整体与草原狼和灰狼有所区别。所以我们检测了从这三个假想的种中所得到的细胞之核和线粒体的DNA片断.

核的DNA与线粒体的DNA有一些差异。核DNA含有大量决定着生物体的躯体和行为特性的基因；它是由双亲遗传的，所以每一个个体接受了来自母亲的一套（组）基因和来自父亲的相应的一套基因。线粒体DNA则与之不同，它含有相对少量的基因，这些基因主要是编码线粒体所需的蛋白质，以便产生供细胞使用的能量。线粒体DNA只是通过母亲而遗传的。因而，线粒体DNA的核苷酸顺序的变化或进化要快于核DNA中核苷酸顺序的变化或进化——这是用于追踪生物的遗传史的一种特性。

我们使用繁育计划中得到的红狼的线粒体DNA的片断与草原狼和灰狼相应的线粒体DNA片断进行比较的方法，开始我们的遗传研究。我们发现，没有任何东西可以将红狼与草原狼和灰狼加以区别。例如，我们检测的红狼线粒体DNA的一个区域与生活在路易斯安那州的草原狼的线粒体DNA的相应区域实质上是相同的。我们后来在建立捕捉繁育计划期间的1975~1976年在得克萨斯州东部从捕捉拯救的红狼、草原狼及其杂种中检测线粒体的样品。当时灰狼在得克萨斯州已经消失。我们找到了草原狼和灰狼的基因顺序特征，但没有独特的红狼图形。

在红狼中发现草原狼和灰狼的DNA顺序是未料想到的，而且是证实我们猜想红狼是杂种的成果之一。我们有办法去解释这种奇异的结果，因为我们以前已遇到过类似的现象。当分析得自美国明尼苏达州和加拿大东部的灰狼的线粒体DNA片断时，我们注意到了许多灰狼都携带有草原狼的线粒体DNA。

我们猜测这种状况的出现是由于90年前草原狼已进人了尼苏达州和加拿大东部，随着控制捕食动物计划的实施和改变生境致使灰狼数量下降而扩展草原狼的范围。于是，处稀疏分散的灰狼与量大而广为分布的草原狼进行交配，产生出杂交后代。当雄灰狼与雌草原狼交配时，它们的杂交后代只继承了草原狼（母亲）的线粒体DNA。正如所述，线粒体DNA只是随母系而传递的，但这些早期的杂种继承了来自母亲草原狼的一半核DNA，另一半核DNA则是继承来自灰狼父亲的。因此，这些杂种看来就像草原狼和灰狼之间的中间型。

当这些杂种与纯的灰狼交配时（此现象被称为反交），其产生的后代看来似乎比其双亲更像狼。由于杂种的后代连续与灰狼交配，原有的草原狼的核DNA之痕迹消失了。后代就越来越像灰狼了。但是所有杂种都有通过雌性祖先把杂种的遗传背景追溯到最早的灰狼-草原狼杂交，从而保留了来自最早的草原狼母亲的草原狼线粒体DNA。

回忆这一幅幅情景，我们开始想知道，在捕捉繁育什划中最早捕捉到的红狼实际上是否是红狼-草原狼杂种的新近后代，而且还可能是灰狼-草原狼杂种的后代。但是也许最初的几代——开始发生频繁的杂交之前出生的——是纯种的红狼。我们把历史退回到30年代之前按照Nowak的观点，那时红狼想来还没有开始有任何明显程度的杂交，以此来检验这种可能性。如果红狼曾经在30年代才开始杂交之前是一个独特的种，那么历史的样本应该显出红狼独特的基因顺序。换句话说，如果红狼是由灰狼和草原狼之间交配而产生的，古老的标本还应该表现草原狼和灰狼的DNA混合体，这正如现代红狼样本所表现的那样。

由于新近开发的聚合酶链式反应能够使入选的少量DNA产生出大量的拷贝以及由于Smithsonian（史密逊）学会兽皮贮藏室提供了试样，我们能够检验死于1930年前的6个红狼皮的线粒体DNA的片段。令我们吃惊的是，我们再次未能找到不同于草原狼或灰狼的红狼所特有的DNA顺序。基于这些结果，我们推证红狼可能不是一个独特的种。

我们的观点没有为美国鱼类和野生动物保护小组很好地接受，该小组的研究人员争辩道，他们的证据仍然支持红狼是一个种和确实是灰狼的祖先的理论。尽管对我们的假设的某些阻力可能是由政治所激发——红狼计划是保存濒危物种的一项最好的典型计划——但对我们的似乎没有说服力的资料的报怨是完全正确的。我们毕竟已能检验到生活于1930年的只有6只红狼的DNA之一种类型：我们也许单单就漏掉这种独特的遗传性状。

为拓宽我们的研究，我们转向于核的DNA，以比较红狼、草原狼和灰狼的入选片断。我们成功地使用了目前在慕尼黑大学执教的Dicthard Tautz的一项发现，他发现在核的DNA中被称为小随体的特定位置上有一些短的、简单的和普通核苷酸顺序的自我重复，而且这些小随体中核苷酸顺序重复的数目在种与种间可能各不相同。因此，核苷酸的最后单位的长度能够作为动物属于某一特定种的指示物或标记。

与一些合作者一道，我们研究了来自同时代的几百只红狼、草原狼和灰狼的小随体DNA。我们没有再度找到证明红狼形成一个独特的种的任何证据。当然，红狼、草原狼和灰狼之间的相似性可能是近期杂交的结果，因此，我们要再次寻找历史的联系。

我们使用Smithsonia学会的兽皮贮藏室贮藏的本世纪30年以前的（狼的）兽皮，我们的合作者伦敦动物研究所的Michael S Roy和加州大学洛杉矶分校的Deborah Smith，检验了由包括Nowak在内的其他研究人员鉴定为来源于红狼的16张狼皮的10个不同的小随体区域。我们仍然没有检测到任何征兆可以说明生活在相同时期的红狼的DNA与灰狼或草原狼的DNA之明显的区别。

杂种假说

从现代狼和历史（1930年前）狼以及草原狼所收集的结果使我们得到如下的假说，这些假说被许多研究人员所接受，但仍然遭到一些研究人员的反驳。在近些年的某个时期，开始发生灰狼和草原狼之间的杂交。我们的资料不允许我们准确地确定杂交是在什么时候开始，但我们猜测它可能是在欧洲移民的初期开始的。18世纪由于欧洲殖民者的扩张，把林地转换成农地并扼杀了类似于近来在明尼苏达州和加拿大东部所看到的那些产生灰狼的条件。灰狼群体缩小，导致灰狼幸存者更为频繁地与草原狼杂交。灰狼-草原狼杂交产生的杂种动物，体型介于双亲之间的中间型并具有后来分类为红狼属性的特征。在后来的年月里，由于灰狼在美国南部消失，灰狼-草原狼的杂种与草原狼的交配日益频繁，其后代变得更像草原狼，我们认为这一趋势正好反映出了Nowak的观察，即1930年后红狼的头盖骨变得更像草原狼了。

此外，我们的研究揭示，转向20世纪很好地促进了三个假设种之问的杂交。1930年前捕捉的红狼在遗传上非常相似于本世纪70年代捕捉的并用于启动捕捉繁育计划的那些红狼。对于该繁育计划来说，这一结果是个好消息，它意味着从捕捉的个体开始再建了红狼的野生群体，实际上保存了野生红狼所具有的遗传组成。然而，红狼、草原狼和灰狼间遗传相似性的消息，对把捕捉繁育计划认为是保护长久以来就属于不同的种的研究人员来说则深感失望。由于红狼、灰狼和草原狼这三个类群在其历史的各个时期及其整个生活范围内连续的进行杂交，所以我们感到红狼决不可能真正发育成为一个单独的种。

如果生物学家们仅仅强调种的状况来作为确定是否应该保护濒危类群的指南的话，那么这些结果可能就是红狼的丧钟。不过还是存在着应该继续保护红狼的令人信服的理由。红狼的捕捉繁育可能已经保存了在迄今为止所做的研究中尚未揭示的一些独特的躯体特征或行为。更为重要的是，这些品质通过现代灰狼和草原狼之间的杂交可能不会那么容易地再形成的。一些研究人员已揭示，红狼起源于草原狼和现在已灭绝的灰狼南方亚种之间的杂交，所以，现代东部灰狼与草原狼的杂交，也许会产生出一种在许多方面相似但其行为、兽皮颜色或其它特征有潜在差异的动物。因此，红狼可能是现在已灭绝的灰狼南方亚种的最后的、虽然是不纯的基因库，并由此而肯定应当受到保护。加之，在生态关系方面也应加以考虑，红狼，即便它们是草原狼和灰狼的杂种，曾经是美国中南部捕食包括啮齿动物、兔和鹿在内的许多野生动物的重要猎手。红狼在它的较小的亲属草原狼未能全部充满的某些生境中也发挥作用。

保护红狼

为保护现有的红狼的遗传组成，保护计划必须努力避免使红狼与在整个规划的再回归大自然地点大量存在的草原狼相交配。如果在一个区域内同时放几个红狼群，则杂交作用就可能得以减少；大的红狼群在其栖息的区域内比小的群体有较多的机会避免与草原狼相接触。由于草原狼在美国东南部无处不存在，所以要找到草原狼存在数量稀少的区域是困难的。只有把草原狼驭赶到别处或者予以消灭之，才可能缓和这个问题，但此种解决办法意味着红狼排它主义的一种举措。

红狼的事例暗示我们，在决定哪种动物应小心谨慎地保护时，生物学家们必须把视野扩展到分类学上划为濒危的杂种或亚种的范围以外；他们还应该把濒危动物在生态系统中的独特的功能或拥有的特殊的性状考虑进去，因为这些独特的功能和特殊的性状不可能通过代表同时代亲本种的杂交而得以再成。

红狼可能是已灭绝的灰狼南方亚种的基因库的这个事实，正好是这一原则的一个例子。在其它的例子中，一个杂交物种可能来自两个种的一次初始杂交，以及后来通过与其祖先种相分离的后代之进化；因此，这些后代将具有独特的性状，而且按照我们的意见，这些后代值得作为单独的种而受到保护。例如，许多植物种就是以此种方式出现的。

这些情况必须与在广泛的地理范围内和可能反映出人类的活动对周围环境的改变所发生的频繁的杂交的那些情况加以区别。在这些情况下，杂种不可能具有独特的性状。可是，即便是这些杂种群也不应该机械地排除于保护努力之外，而应该以个体为基础进行检验。

人类的活动对环境带来的变化有时能够把进行杂交的两个群体集合在一起；我们认为，从这种非自然交配而产生的杂种，即便它们的数量开始下降，一般也不应该受到保护。但来自天然交合的两个群体所产生的杂种，应作为它们的生态系统的整体部分而得到特别的考虑。

DNA的分子分析能够提供对濒危物种或稀有物种之历史的深入了解。此外，这样一种方法还能够提供出一个尺码，人们用此尺码就能够去测量群体之间的差异。以红狼为例，我们感觉到用DNA测试的方法，分类问题就大大地容易解决了。但由于把红狼鉴定为杂交物种而出现的问题使在保护工作中确定如何排列濒危种、濒危亚种和杂种的困难变得更加突出。面对这些挑战，我们需要密切注视，保护生物学家为保存我们的自然遗产是否做出了尽善尽美的选择。

【赵裕卿/译  刘义思/校】