中国南朝时期有一句成语叫“管中窥豹，可见一斑”，意思是从竹管的小孔里看豹，只看到豹身上的一块斑纹。通常比喻因视野狭窄而无法看见事物的全貌，也可以用来比喻通过观察事物的一部分来推测全貌。

一千多年后分子生物学的出现，赋予了这句古老的成语全新的涵义。美国国家癌症研究所的科学家们尝试了一次“管中窥豹”——在电子显微镜下“窥探”猎豹的血样，他们得到的显然不只“一斑”，而是一个有关遗传多样性的惊人发现。

图源：Pixabay

事情要从1980年的一次跨国会议说起。

弗兰克·布兰德是南非一家猎豹保护繁育中心的主任，他在会议中向美国史密森学会的动物学家泰德·里德求助，希望后者能帮忙找到猎豹人工繁育率低的原因。

当时布兰德的猎豹繁育中心已有80多只猎豹，但人工繁殖一直是他们面临的难题。

圈养的猎豹神经紧张、拒绝交配和繁殖，容易得病死去。愿意交配繁殖的猎豹仅占圈养总数的17%，而幼崽的死亡率则高达30-40%。

没有任何一种大型猫科动物像猎豹这样难养。

美国一家动物园中的圈养猎豹 摄影：Andrew Seaman 图源：Unsplash

里德于是建议派一支医疗队去南非进行研究。

医疗队到达南非后，采集了15只猎豹的精液。当他们检查这些样本时都惊呆了：所有的猎豹精子数量都非常低，只有其他猫科动物的1/10，而在这少量的精子中，还有70%的精子畸形。这一情况已经充分说明为何猎豹繁殖困难。

但科学家们并不想止步于此，他们希望进一步了解猎豹种群的遗传结构，来探究猎豹生殖困难的根本原因。于是他们采集了50只猎豹的血液样本，送到美国国家癌症研究所基因组多样性实验室，由遗传学专家史蒂芬.奥布莱恩来进行检测。

奥布莱恩想通过检测这些猎豹血样中的等位酶找到答案。

名词解释

等位酶：

在一个物种种群中发现的基因变异体被叫做等位基因，血液中的酶是典型的基因产物，酶的遗传差异被称为等位基因酶或等位酶。当用血液中的不同等位酶来估算一个生物的遗传多样性时，它们通常具备20-50%的可识别遗传变异。例如，对虎、狮、豹、豹猫、家猫等猫科动物的等位酶检测显示出了10-30%的变异特性。

检测的结果令人惊讶：每一个等位酶都是一样的，52个等位酶基因没有任何差别！通常情况下，这种现象只存在于近亲交配中。但这些样本并不来自同一对猎豹的后代，也有从野外补充的。

猎豹当时在野外至少还有一万只，在非洲和亚洲都有分布，怎么可能会出现这样的情况？

奥布莱恩对去南非采样的科学家开玩笑说：“你们根本没有收集到50只猎豹，对吧？你们实际上只采集了一只猎豹的血，然后分装到了50个试管里，是吧？”

奥布莱恩由此猜测：世界上所有猎豹都来自于一个极小种群。

为了进一步验证这一点，奥布莱恩又在非洲对6只没有亲缘关系的猎豹进行植皮实验。正常情况下，植皮的部分会产生排异，身体不会认可来自其他非亲缘个体的组织。然而实验表明，没有任何排异反应，植皮都自然生长，就像它本来就长在这只猎豹身上一样！

毫无疑问，猎豹全部是近亲繁殖的产物，即便它们的数量曾经在二十世纪初时达到过10万只，也改变不了这一事实。

摄影：Ahmed Galal 图源：Unsplash

这是怎么发生的？

一个生物界普遍接受的推测是，大约在1万-1.2万年前，地球上出现了一次大型生物集群灭绝事件，致使世界上75%的大型哺乳动物丧生。这场灾难让猎豹的数量可能只剩下个位数。

在之后的几千年中，这个极小种群顽强地存留了下来，并且一度发展壮大。虽然如此，猎豹种群基因的多样性却丧失了。

这叫做“瓶颈效应”。被“瓶颈”过滤后的种群，即使再扩展到原来规模甚至超越原来规模，其群体的遗传多样性也大不如前。

2014年时，全球野生猎豹的数量为6674只，主要分布在非洲南部和东部，阿尔及利亚，还有少量分布于中非和西非以及亚洲的伊朗。图源：IUCN

猎豹并非唯一具有极低遗传多样性的物种，研究表明，北象海豹和海獭都是“瓶颈效应”的亲历者。只不过，曾经把它们“逼成”极小种群的不是“天灾”而是“人祸”。

北象海豹在19世纪末就经历了一次空前的种群瓶颈。因为人类狩猎等各种影响，它们的种群规模迅速锐减至只剩下20来头。在受到保护的几十年后，它们的种群数量又达到了10万只以上，但它们的基因里仍然刻着这一瓶颈的标志：遗传多样性远少于未被广泛捕猎的南象海豹。

北象海豹 图源：U.S. National Park Service

海獭也遭遇了相似的劫难，因为皮毛贸易，海獭被猎杀几近灭绝。

18世纪毛皮贸易之前，它们在世界范围内的数量大约在15万到30万之间。而到20世纪初，加利福尼亚幸存下来的南方海獭只有大约50只。现在，加州海獭的数量回升至3000只。它们的遗传多样性也很低。

南方海獭 图源：Marine Mammal Commission

进行海獭遗传多样性研究的加州大学洛杉矶分校生态学和进化生物学研究生安妮贝尔·贝希曼对“瓶颈效应”造成的基因多样性丧失的后果做了一个生动的解释：

“当一种疾病发生，拥有丰富的基因多样性，即不同颜色的珠子对物种的存续可能会有帮助。比如黄色的珠子对这种疾病有抵抗力，绿色和红色的珠子是易感的。如果这一物种在数量大幅减少中失去了所有的黄色珠子，只剩下绿色和红色珠子，它们将无法抵抗疾病。”

解释“瓶颈效应”的四幅图，从左到右分别是：原始种群数量，瓶颈事件，幸存种群数量，新种群数量 图源：SME科技故事

这个说法，四十年前在美国俄勒冈州一家野生动物园得到了证实：这家动物园繁育了60只猎豹，他们又从别的动物园引进了两只猎豹来壮大自己的队伍。然而糟糕的是这两只猎豹一来就感染了猫科动物传染性腹膜炎病毒，FIPV引发猫科动物的免疫反应，破坏其内脏器官，导致动物死亡。

这种病多见于家猫，但死亡率并不高，很少超过10%。因为家猫拥有较好的遗传多样性，这使得它们的免疫系统能够阻止致命疾病的发展。

不幸的是，猎豹并不具备这样的特质。病毒一旦攻克了一只个体，便意味着攻克了所有个体。FIPV攻陷了这个动物园的所有猎豹，60%的猎豹先后死亡，幼崽死亡率高达83%。

极低的遗传多样性让圈养条件下的猎豹极易受到疾病的群体攻击，并使人工繁殖困难重重。然而有意思的是，研究表明猎豹在野外的繁殖能力却很高，而且没有证据显示野外的猎豹存在近亲衰退的现象。

一只雌性猎豹和它的三个幼崽 图源：Pixabay

这不禁引发我们的思考，既然高度遗传同质化对野生猎豹种群几乎没有不良影响，相比通过人工繁育增加种群数量，保护猎豹更好的方式应该是尽可能保留和恢复它们的自然栖息地，保证它们猎物的数量，减少人兽冲突和猎杀，让每一只猎豹都有足够的领地，彼此保持足够的“社交距离”，从而避免群体性感染疾病的几率，自然地繁衍下去。

如果大灾难和极低的基因多样性都没有让一种野生动物灭绝，那么人类更没有理由把它们推向那一步。

摄影：Harvey Sapir 图源：Pexels

本文大量内容参考自《猎豹的眼泪》一书，在此一并推荐这本讲述遗传多样性研究的著作。

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