走进科学
物种之谜：基因测序掀起分类学革命
什么是物种？这个概念困扰生物学家数百年。基因测序等新技术让物种分类面临革新，一些看似同一物种可能隐藏着数倍甚至数十倍的多样性。争论仍在继续，但快速发现新物种刻不容缓。
数百年来，博物学家一直在努力识别和分类地球上的所有物种，这项工作至今仍是科学界尚未完成的一项伟大任务。目前，研究人员已命名约230万个物种，但仍有数百万甚至数十亿个物种等待发现。
更棘手的是，生物学家们对于“物种”本身的定义还无法达成一致。2021年的一项调查显示，现役生物学家使用16种不同的方法来划分物种。任意选取两位科学家，使用相同方法的可能性微乎其微。
“每个人都在使用这个词，但没人知道它究竟是什么意思，”波兰罗兹大学的生物学家Michal Grabowski说道。
关于物种的争论不仅仅是学术上的消遣。在当前物种灭绝危机中，科学家迫切需要评估地球的生物多样性。但即使是一些地球上最著名的物种，其真实面目也可能与我们想象的不同。
以长颈鹿为例。1758年，瑞典分类学家卡尔·林奈描述了一种长颈鹿：长颈鹿(Giraffa camelopardalis)。尽管近几十年来数量有所下降，但整个非洲仍有11.7万只长颈鹿存活，促使一个国际保护组织将该物种列为易危，而非濒危。
然而，一些保护生物学家认为长颈鹿面临巨大危险，因为看起来像是单一物种的长颈鹿实际上由四个物种组成。基因研究发现，长颈鹿DNA可以分为四个不同的集群：北部长颈鹿、网纹长颈鹿、马赛长颈鹿和南部长颈鹿。
图：Raphael T.F. Coimbra et al.
非政府保护组织长颈鹿保护基金会执行董事斯蒂芬妮·芬尼西说，生活在尼日尔到埃塞俄比亚部分地区的北部长颈鹿，由于内战、偷猎和野生栖息地破坏，已遭受灾难性的损失。如果将北部长颈鹿视为单独的物种，它将成为“世界上最受威胁的大型哺乳动物之一”。
对于林奈来说，物种是神创的生命形式，每个物种都拥有自己独特的特征。一个世纪后，查尔斯·达尔文认识到，现存物种是进化的结果，就像从生命之树上萌发的新枝一样。这一认识使得人们难以准确地说出一个新的群体何时成为一个独立的物种，而不是一个古老物种的亚种。
20世纪40年代，德国鸟类学家恩斯特·迈尔试图通过一个新的物种定义来解决这个问题，该定义基于动物的繁殖方式。迈尔认为，如果两种动物无法相互繁殖，那么它们就是不同的物种。
这个“生物物种概念”对后代研究人员产生了巨大影响。
近年来，中国南京林业大学的两栖动物学家克里斯托夫·杜弗雷斯内(Christophe Dufresnes)利用这一概念对欧洲的不同蛙类物种进行了分类。
一些蛙类群体之间杂交频繁，而另一些群体则根本没有杂交。通过分析它们的DNA，杜弗雷斯内博士发现具有较近祖先(即关系更密切)的群体更容易产生杂交种。他估计，两个蛙类群体要变成无法杂交的两个独立物种，大约需要600万年的分化进化。
“这太酷了，”杜弗雷斯内博士说，“现在我们知道将它们视为物种或非物种的阈值是什么。”
杜弗雷斯内博士寻找新物种的方法需要大量的野外工作。其他研究人员则一直在寻找更有效的方法来识别物种。一种流行的方法是测序来自生物体的DNA并观察其遗传密码中的差异。
正如非洲的长颈鹿所揭示的，这种研究可能会带来很多惊喜。格拉博夫斯基博士的团队在欧洲甲壳动物(包括龙虾、虾和螃蟹等水生生物)中发现了一种更加惊人的多样性。研究人员表明，看起来彼此相同且似乎属于单一物种的动物实际上可能是几十个新物种。
例如，一种名为Gammarus fossarum的普通淡水虾在2500万年前分裂成不同的谱系，这些谱系至今仍然存活。根据研究人员如何分类其DNA差异，单一的Gammarus fossarum物种实际上可能是32个物种，也可能是152个。
“对我们来说，这太令人震惊了，”格拉博夫斯基博士说。
随着科学家收集更多遗传数据，关于看似明显不同的物种的新问题也随之出现。
你不需要成为哺乳动物学家就能理解北极熊和棕熊是不同的。只需看看它们的白毛和棕毛就足够了。
它们毛色的差异是它们生态适应的结果。白色的北极熊融入其北极栖息地，在那里它们捕猎海豹和其他猎物。棕熊则适应了更南方的陆地生活。它们的差异如此明显，以至于古生物学家可以区分数十万年前这两个物种的化石。
然而，这些古老骨骼中的DNA揭示了北极熊和棕熊之间交配的惊人历史。在两个谱系大约50万年前分离后，它们进行了数千年的DNA交换。然后它们变得更加不同，但在大约12万年前，它们又经历了一次非凡的基因交换。
在25000到10000年前，熊在它们的活动范围内的几个部分进行了交配。这些交换给今天的熊留下了明显的印记：大约10%的棕熊DNA来自北极熊。
加州大学圣克鲁斯分校的古遗传学家贝丝·夏皮罗说，这种交配很可能是由于气候变化迫使北极熊离开北极进入棕熊领地而发生的。
但DNA的交换并没有将两种熊混为一谈。一些对北极熊在自身环境中有益的性状可能对棕熊来说成为负担，反之亦然。
夏皮罗博士说：“它们显然需要不同的保护管理策略。” “我认为将它们视为不同的物种是合理的。”
关于物种的定义的不确定性给分类学家带来了无数的冲突。例如，不同的鸟类学家群体已经创建了他们自己的地球上所有鸟类物种的清单，而这些清单经常发生冲突。
即使是像仓鸮这样常见的物种——除南极洲以外的每个大陆以及偏远岛屿上都有发现——也是争议的焦点。
保护组织国际鸟类联盟将仓鸮认定为一种名为Tyto alba的物种，分布在世界各地。但另一份有影响力的清单，即《世界鸟类名录》，将生活在印度洋岛链上的仓鸮划为自己的物种，Tyto deroepstorffi。还有另一种将澳大利亚和新几内亚的仓鸮认定为Tyto delicatula。第四种将Tyto alba分为四个物种，每个物种都覆盖了地球上自己的广阔区域。
一些鸟类学家正试图通过一种低技术的方法来解决这些冲突：投票。
2021年，国际鸟类学联合会成立了一个工作组，用一个单一的目录取代四份领先的鸟类名录。9名专家正在逐个研究这些名录，并对超过11000个潜在物种进行投票。
该小组主席莱斯利·克里斯蒂迪斯说：“讨论可能会变得非常激烈。” 一些专家倾向于将物种归为一类，而另一些专家则倾向于将它们分开。 “我们只是想协商一个和平的制度。”
牛津大学的植物学家托马斯·韦尔斯(Thomas Wells)担心，关于物种性质的争论正在减缓发现新物种的速度。传统上，分类学是一个缓慢的过程，尤其是对于植物而言。从首次发现到最终在科学出版物上被正式命名，一种新的植物物种可能需要数十年。他说，当四分之三未描述的植物物种已经面临灭绝威胁时，这种缓慢的速度是不可接受的。
韦尔斯博士和他的同事们正在开发一种新的方法来加速这一过程。他们正在拍摄野生和博物馆收藏中的植物照片，并使用计算机程序来发现因形状相似而聚集在一起的样本。他们还对这些样本进行快速DNA测序，看看它们是否在遗传上也聚集在一起。
如果他们从这些方法中获得清晰的聚集，他们就会将这些植物称为新物种。韦尔斯博士称这种方法在灭绝时代是一种“粗略而快速的”分类，可能会使他的团队每年能够描述超过100个新的植物物种。
他说：“我们没有奢侈的时间来争论‘这是个物种，还是个亚种？’。我们需要根据现有的证据，尽可能快、尽可能准确地做出决定。”
本文译自 The New York Times，由 BALI 编辑发布。