有关旅鸽

羽毛组成的河流

19世纪初,博物学家亚历山大·威尔逊(Alexander Wilson)正在美国肯塔基州旅行,突然间天空一片黑暗。他后来写道,这是“一场龙卷风,正要将房屋及周围的一切摧毁。”

然而,恢复理智之后的威尔逊发现,遮挡阳光的其实是巨大的旅鸽群。

许多早期探险家的日记中都记载了相似的情节。旅鸽会以大规模的群体横扫美国东部,以栗子和橡果为食。威尔逊凝视着遮天蔽日的旅鸽,试图估算出它们的数量。旅鸽群的宽度差不多有一英里,如同一条羽毛组成的河流,流动了超过4个小时。依据这些信息,威尔逊估计这群旅鸽的成员数量超过22亿。“一个令人难以置信的庞大种群,”他写道,“而且还很可能比实际数量低得多。”

1914年,由于工业规模的狩猎,旅鸽逐渐灭绝。马克·巴罗(Mark Barrow)在《大自然的幽灵》(Nature’s Ghosts)一书中指出,人类对这一繁盛的鸟类进行的物种灭绝带来了极大的心灵震撼,使整个世界意识到了大自然的脆弱。

由于旅鸽在现代生态学建立之前就已灭绝,科学家对它们的自然生活史知之甚少。我们所能依赖的资料,主要来自像威尔逊这样的博物学者撰写的报告——内容可以简单总结为:好大的旅鸽群!——以及博物馆中保存的少量填充标本。

不过,近几十年来一些研究者提出,旅鸽的历史比我们原先想象的复杂得多。1985年,考古学家威廉·纽曼(William Neumann)指出,在美洲原住民的考古遗址中并没有发现多少旅鸽遗骨。如果这种鸟类在数千年时间里都是遮天蔽日般繁盛,那应该是美洲原住民的重要食物才对。纽曼认为,19世纪的庞大种群并不能反映旅鸽数量的长期变化。

现在,科学家正利用新的DNA方法来解决这一难题。在博物馆中保存的一些填充标本上还存留着基因分析所需的材料。来自国立台湾大学的洪志铭及其同事在PNAS上发表文章称,他们在3只旅鸽标本的趾垫上获取了DNA信息。这些标本中有两只采自明尼苏达州,一只来自宾夕法尼亚州。他们最终成功提取了每只旅鸽标本上57%到75%的基因组信息。

有了这些DNA样品,科学家就能了解许多关于旅鸽的信息,如它们的祖先在历史上的数量大小。能做到这一点,得益于每个动物个体之间存在的基因差异。即使是拿两个人DNA中的胶原蛋白基因进行对比,也会发现极细微的差别。这是因为在基因传给后代的过程中会产生突变。

在大的种群中会出现许多变异,并遗传给后代;而在小规模的种群中,出现的变异数量就少得多,它们遗传给后代的变异基因也就更少。因此,在今天某个生物种群中的遗传变异可以作为估算历史上种群变化的线索。即使在某一时期,种群内的个体数量出现大规模增长,该种群也有可能只有较少的变异——因为其祖先的数量太过稀少。

严格地说,科学家并不能通过这种方法确定古代种群的真实规模。在每一代中,只有一部分个体能够进行繁殖,我们只能研究这一部分的遗传变异。科学家称这一群体的数量为“有效种群大小”。有效种群大小可以用来粗略地估计真实的种群大小(通常而言,有效种群大小大约是真实种群大小的十分之一)。

在开始测算有效种群大小时,科学家会比较大量个体中的某个特定基因。近年来,科学家发明了一个巧妙的反向技巧:通过分析少数个体中的多种基因来估计有效种群大小。如果这些基因中有许多与其他个体不同,就表明这些个体来自历史上的某个大规模的种群;而如果这些基因十分相似,则说明种群相对较小。

这一方法中最不寻常的一点是,通过比较每个基因从共同祖先那里产生突变的时间,科学家可以追踪某个种群大小随时间的变化。如果大多数基因变异可以追溯到某个特定时期,就表明当时的种群相对较小。2011年,沃尔卡姆基金桑格学院(Wellcome Trust Sanger Institute)的李恒和理查德·德宾(Richard Durbin)利用这一方法从6个基因组中重建了人类历史。他们发现,人类种群在大约5万到2万年前出现了急剧萎缩,之后又出现了极大的增长。

现在,洪志铭及其同事利用相同的方法对旅鸽种群进行了追踪。令人意外的是,他们发现旅鸽的有效种群大小长期的平均值仅为33万只个体。要知道,科学家曾估计旅鸽在19世纪时的数量在30亿到50亿之间。换句话说,这一有效种群大小比原先预计的低了1000倍。

这种不吻合预示着,旅鸽在某些历史时期中具有规模较小的种群。洪志铭等人在重建旅鸽种群历史时,发现其经历了非常大的数量变化。在大约12万年前,旅鸽数量丰富,但在2.1万年前,它们的数量急剧缩减。末次冰期之后,旅鸽的数量又有所回升,并在大约9000年前达到另一个峰值。在那之后,它们的数量开始缓慢下降。

这一变化曲线与冰河期的生态变化历史十分吻合。在大约12万年前,气候温暖,冰川处于最低值,森林广泛覆盖着北美大陆。到了2.1万年前,大片的旅鸽栖息地被冰雪覆盖,剩余的栖息地大多无法支持橡树和栗树的生长,导致旅鸽的食物大量减少。等到冰川退去,森林重新出现,旅鸽的数量才出现回升。

不过,洪志铭及其同事认为,这些长期的气候变化只能部分解释旅鸽的有效种群大小。他们提出,鸟类就像蝗虫,当食物供应丰富的时候会数量膨胀,而当情况恶劣时则出现崩溃(在现实中,蝗虫爆发时数量可以达到1000亿,但它们的有效种群大小只有约50万)。

在研究中,洪志铭及其同事得出了与纽曼相似的结论。19世纪的博物学家看到的庞大鸟群,其实并不是前工业时代北美大陆的固定风景。相反,威尔逊很可能只是碰上了一次旅鸽爆发事件。

甚至有可能是来自欧洲的殖民者引发了这场爆发。美洲原住民通过捕猎旅鸽、采集橡果和栗子等方式,使旅鸽的数量一直保持在低位。新来的欧洲人将原住民从原来的土地上赶走,从而使旅鸽的数量突然急剧增加——殖民者种植的庄稼也可能为旅鸽提供了食物。

在采集旅鸽DNA的过程中,研究者也在寻找将其复活的可能性。理论上,科学家可以利用近缘物种——如斑尾鸽(学名:Patagioenas fasciata)——的基因组,对旅鸽的DNA和特异性的突变进行基因工程处理。加州大学圣克鲁斯分校的本·诺瓦克(Ben Novak)在这个TEDx视频中就阐述了这一可能性。

洪志铭等人的研究(以及本·诺瓦克等人正在进行的类似研究)表明,科学家或许真的有可能将旅鸽重新带回世间。尽管在某些时期旅鸽的数量出现大幅下降,但在人类开始将枪口对准它们之前,它们已经在地球上生存了数十万年。

另一方面,如果我们成功地复活旅鸽,它们的种群大小也不一定会保持稳定。如果条件合适,它们有可能膨胀到惊人的数量;而如果环境条件不利,如出现气候变化等,那它们的数量有可能再次下降。这种曾经遮天蔽日、被人形容为龙卷风的鸟类,其实也是紧密依赖于生态系统的脆弱物种。

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文章编译自

The Feathered River

洪志铭等的文章:

Drastic population fluctuations explain the rapid extinction of the passenger pigeon

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