羽之河流:历史上曾经有过多少旅鸽?

  生物

pigeon-painting.jpg雄性和雌性旅鸽的复原图。绘画:Louis Agassi Fuertes/National Geographic

(莘莘深/编译)十九世纪初,自然学家亚历山大•威尔逊(Alexander Wilson)有一次在肯塔基旅行时,整个天空突然变黑了。威尔逊后来写道,当时他认为这是“一场龙卷风,马上就要把房屋和地面上的一切摧毁掉。”

当威尔逊恢复理智时候,他意识到刚刚只不过是太阳被一群旅鸽(Ectopistes migratorius)挡住了。

Passenger_pigeon_shoot.jpg1875年人们射杀飞行中旅鸽群的场景。图片来源:The Illustrated Shooting and Dramatic News

很多早期探险家的日志里面都有相似的描述。旅鸽会聚成大群,横扫美国东部, 在途中食用栗子和橡子。威尔逊凝视着鸽群,试图搞清楚里面有多少只旅鸽。从一边到另一边,大概有两公里宽,像是羽毛汇成的河流在头顶上空流淌而过,川流不息超过四个小时。从这些信息中,威尔逊猜测里面有超过22亿只鸟——“几乎无法想象的规模,”他写道,“然而,仍有可能远远低于实际数目。”

到了距今一百年前的1914年,旅鸽灭绝了,很有可能是因为我们工业级的大规模捕猎。马克•巴罗(Mark Barrow)的书《自然的幽灵》中指出,我们竟能将一个如此繁盛的物种赶尽杀绝,这件事情震惊了所有人——也让全世界都理解到大自然的脆弱性。

Last_known_Passenger_Pigeon.jpg最后一只野生的旅鸽于1900年被一个小男孩射杀,标本现存辛辛那提动物园(上图)。1914年后最后一只动物园旅鸽去世,旅鸽遂宣告灭绝。图片来源:Sarah Stierch

因为旅鸽在现代生态学成型之前就已经消失了,科学家们对它们的自然史知之甚少。他们只能依赖于像威尔逊的日志那样的目击报告,这些报告很容易让人得出一个相当简单的故事:曾经我们有数量庞大的旅鸽群,现在只剩下几个保存在博物馆里面的填充尸体。

但最近几十年里,有些研究人员认为旅鸽的历史要更加复杂。比如1985年,考古学家威廉姆•纽曼(William Neumann)指出美洲原住民遗址中并不存在大量的旅鸽骨头。如果这种鸟连续数千年都多到可以封锁太阳,按理说美洲原住民应该经常食用它们才对。纽曼认为19世纪的鸽群规模并不反映旅鸽的真实长期状态。

现在,新一代的科学家根据一条新线索来解答这个问题:DNA。结果发现储存在博物馆那些填充标本依然含有一些不短的基因片段。

在本月的《美国国家科学院院刊》(PNAS)里,来自台湾师范大学的洪志銘(Chih-Ming Hung)和他的同事们发表了如何从三只旅鸽的趾垫中获取DNA的文章,其中三只旅鸽中的两只捕获于明尼苏达州,另一只捕获于宾夕法尼亚州。他们设法得到了每只旅鸽57%到75%的基因组。

当科学家可以研究某种动物这么多的DNA,他们可以从中获取很多信息。比如,它们过去祖先的种群有多大。

Passenger_pigeon_aviary.jpg动物学教授C.O.Whitman的鸽笼,其中有多只旅鸽,摄于1896年。图片来源:wikipedia

之所以能做到这一点,是因为每只动物的基因都各有不同。如果对你的DNA中的骨胶原基因和别人的进行比较,两份基因可能有稍许差异。这是因为基因代代相传的过程中会出现突变。

大种群中会有很多这样的差异,这种多样性可以传递给 下一代。在较小的种群中,相比之下,则没有多少空间来包含许多多样性。种群中的每个个体只能将很少量的多样性传给它们的后代。

所以,今天种群中的基因多样性可以作为线索来推断过去种群的大小。即使后来这个种群大爆发,数目比原先多了很多倍,但是它仍可能多样性不高,因为它起初的种群规模太小了。

严格地说,科学家不能通过这种方法得到过去种群大小的真实值。每一代只有部分个体可以繁殖,所以我们只能看到这些繁殖个体的基因多样性。科学把这一小部分繁殖的个体称为“有效种群大小”。但是了解有效种群还是有用的,因为它可以作为实际种群个体数目的一个粗略估计。(一般来说,有效种群的个体数目是实际种群个体数目的十分之一。)

科学家刚开始测量有效种群大小的时候,他们需要比较很多个体中的某个特定基因。近几年,他们发明了一个巧妙的反演方法:现在可以通过比较少数几个个体的很多个基因来估计有效种群大小。如果个体之间有大量基因不同,那么科学家就可以推断出它们过去来自一个很大的种群。如果它们非常相似,那么种群就很小。

这个方法的特别之处在于它可以让科学家跟踪种群大小随时间的变化。因为科学家可以比较每个基因的变体都是在多久之前才从共同祖先那里分离出来的。如果一大堆基因变体都能追溯到某一小段特定时间里,这说明那个时候的种群很小。2011年,来自韦尔科姆基金会桑格学院研究所的李恒(Heng Li)和理查德•杜宾(Richard Durbin)通过这个方法用仅仅6套基因组就重构了人类的历史。他们发现人类种群在5万到2万年前之间大规模地缩减了,但随后又经历了显著扩张。

现在洪和他的同事们用相同的方法追踪旅鸽的种群。令人惊奇地是,他们发现在很长时间内这种鸟的有效种群数目只有33万而已。科学家已经估计过,在19世纪,旅鸽的数目大概在30亿到50亿之间。换句话说,有效种群是人们预计的几千分之一。

626px-ROM-BirdGallery-PassengerPigeon.png一只旅鸽填充标本,现藏皇家安大略博物馆。图片来源:Keith Schengili-Roberts

这种差距暗示了旅鸽在某个过去的时间点中数目要少得多。当洪和他的同事们重构出旅鸽种群的历史,他们发现这种鸟的数量的确经历了巨大的波动。大概在12万年前,旅鸽的数目很充足,但是在2万1千年前,减少成了很小的种群。随后在末次盛冰期结束后,它们经历了反弹,在9000年前达到了另一个巅峰。自那时起,它们就逐渐缓慢减少。

这种模式跟冰期的生态历史变化非常吻合。大约在12万年前,气候很温暖,冰川位于极小值,森林覆盖了整个北美洲。到了21000年前,很多旅鸽的疆土都被冰雪覆盖,并且剩下的大部分栖息地不足以支持旅鸽赖以生存的橡树和栗子树森林的生长。等到冰川再次退去,森林便和鸟儿一起归来。

但是洪和他的同事们认为这种长期的气候变化只是旅鸽有效繁殖种群数目非常小的部分原因。他们提出这种鸟就像蝗虫一样,食物充足的时候就会大规模扩张,但是条件不好的时候就会崩溃。(蝗虫爆发的时候可以到达千亿只,但是它们的有效种群不过五十万只。)

在他们的新研究中,洪和他的同事们得出的结论和纽曼的结论相似。威尔逊等博物学家在19世纪见证的大规模的鸽群并不是前工业时代美洲大陆不变的常态。相反,威尔逊可能见到的只是一场鸽群大爆发。

欧洲的移民甚至有可能要对这种大爆发负责。美洲原住民捕食鸽群并且采集橡子和栗子,这些都会使得鸽群数目维持在较低水平。欧洲移民把原住民赶出了他们的土地,可能使得这种鸟数目大幅度地增长——而且他们还种植了很多旅鸽可以食用的农作物,更有效地助长了它们的扩张。

研究人员重组了旅鸽的DNA,这样他们朝着恢复这种已经灭绝了的物种更近了一步。理论上他们可以利用跟旅鸽亲缘关系相近的物种——斑尾鸽作为脚手架,用基因工程创造出旅鸽特有的突变。加州大学圣克鲁兹分校的本•诺瓦克(Ben Novak)在一段TED视频中讲解了我们可以繁育携带这种DNA的鸟类,直到它们外貌——甚至行为——都很像当年的旅鸽。

洪的新研究(以及诺瓦克和他的同事们进行的类似研究)表明了科学家有可能让旅鸽东山再起,而不会一并创造出威尔逊看到的那样宏大的鸽群。即使它们有时候数目跌到很低,旅鸽依旧在我们朝它们开枪之前存活了几十万年。

另一方面,如果我们真的把这种灭绝的鸟恢复过来,它们可能也不会稳定在某一个数量上。如果条件允许,它们可能会爆发。而如果我们让它们很难活下去——比如,通过气候变化——我们很有可能会再次让它们变得稀少。旅鸽也许能形成酷炫的龙卷风,但是它们依旧很脆弱地依赖于它们生存的生态环境。(编辑:Ent)

编译自 National Geographic, The Feathered River

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