豹子是对环境适应能力最强的大型猫科动物,在草原、高山、热带雨林、湿地、半沙漠地区、农田等各种环境下都有豹子分布。现在豹子通常被划分为9个亚种,分别是非洲豹、印度花豹、华北豹、远东豹、印支豹、阿拉伯豹、波斯豹、斯里兰卡豹和爪哇豹。其中,非洲豹分布在非洲,另八个亚种分布在亚洲地区,它们被统称为亚洲豹。
图:非洲豹
豹子的现状以及遗传研究的重要性
在过去的一个多世纪,由于人类活动的影响,如破坏野生动物的栖息地、针对豹子和豹子猎物的过度狩猎,导致豹子栖息地大面积减少,数量大规模下降。
如今在豹子的9个亚种中,只有非洲豹和印度花豹的数量稍多,在1万只左右,印支豹估计有973只到2503只,其他6个豹亚种的数量均不足1000只,在许多地区豹子已经灭绝。
图:野生远东豹,总数不足100只
在这样的形势下,对豹子进行详细的遗传研究,以了解它们的种群历史、种群结构和种群动态,对保护工作显得非常重要。近期,来自德国波茨坦大学等多个机构的科研人员在Current Biology(《当代生物学》)上发表了一项研究成果,结果令人惊讶。
利用博物馆中的豹子毛皮标本进行遗传分析
通常,进行遗传分析要收集生物的新鲜组织样本,但是对于豹子而言这并不是一个好办法,首先许多豹亚种的数量十分稀少,寻找目标会变得十分困难,其次这种侵入性的采样方式可能会对豹子的身体带来不利影响。在动物园获取豹子组织样本会比较容易,但动物园的豹子有许多是不同亚种杂交的后代。
综合考虑之后,科学家将样本采样工作转向了一些自然历史博物馆存放的豹子毛皮。
图:印度一家自然博物馆中的豹子皮毛标本
研究期间,科研人员共对26只豹子(14只非洲豹,12只亚洲豹)进行了基因测序,其中包括18个存放在自然历史博物馆中的豹子皮毛标本。根据掌握的基因组数据,科研人员对不同豹亚种的基因差异进行科学的比较和分析。
图:科研人员正处理豹子的DNA
非洲豹和亚洲豹之间的基因差异超乎想象
通常情况下,物种之间的基因差异要大于亚种之间的基因差异,然而令人惊讶的是,研究人员发现非洲豹和亚洲豹之间的基因差异超乎想象——比棕熊与北极熊的基因差异还要大。
研究发现,非洲豹的遗传多样性非常高,平均是亚洲豹的2倍;在亚洲的几个豹亚种中,种群数量越少,遗传多样性越低,比如远东豹的遗传多样性要比印度花豹、爪哇豹都低,这与之前一些科学家的研究类似。在之前的一些研究中,科学家发现非洲豹的遗传多样性大约是远东豹(东北豹)的4倍,是狮子的2倍,是猎豹的5倍。
图:斯里兰卡豹
为何非洲豹的基因多样性比亚洲豹高?
通过研究豹子的线粒体DNA,研究人员推测,豹子或许起源于非洲西北部,在50万~60万年前,一部分豹子扩散到亚洲,演化成如今的亚洲豹。在此后数十万年时间里,非洲豹和亚洲豹之间只发生过小规模的杂交。
如今非洲豹的基因多样性之所以比亚洲豹高,科研人员认为主要有两方面的原因:
(1)奠基者效应
所谓奠基者效应,是指一个族群最初只是由少数个体从其他地方迁移到一个新的地方建立起来的,虽然经过一段时间的繁衍种群规模扩大,但是种群的遗传多样性却未提高。最开始,从非洲迁入亚洲的豹子只是少数,亚洲豹初始种群的遗传多样性就很低。
图:印度花豹,其中一只是黑豹
(2)地理隔离的影响
在非洲,地理环境对豹子种群的隔离程度较轻,豹子可以在各片栖息地自由穿梭,交换遗传物质,从而保持和增加遗传多样性。但是在亚洲,高原、山脉、湖泊、海洋等地理因素对豹子种群的隔离程度较严重,种群之间的基因流动性较弱,遗传多样性就难以维持或提高,导致各个个体的基因较为相似。
图:非洲豹捕猎
遗传多样性对一个物种的生存和延续有十分重要的意义。较高的遗传多样性可以使动物在面对气候变化和栖息地破坏等问题时更具优势。在过去200年左右的时间里,非洲豹的栖息地面积减少了48%~67%,而亚洲豹的栖息地面积竟减少了83%~87%,人类活动固然是豹子栖息地面积减少的因素,但是科研人员认为非洲豹较高的遗传多样性让它们面临各类天灾人祸时比亚洲豹更有抵御能力。
豹属会从5个物种变成6个物种吗?
如前所述,亚洲豹和非洲豹的分化是在50万~60万年前,而北极熊和棕熊的分化大约在40万年前,后者是众所周知的两个物种。鉴于基因分析的结果,科研人员认为亚洲豹和非洲豹或许可以被划分为两个物种。
图:爪哇豹
近些年来,发展迅速的基因组学对传统的生物分类学提出了很大的挑战,比如,在传统分类上,云豹属仅有一个物种,即云豹。2006年,科学家经过基因分析发现,生活在巽他群岛的云豹和生活在亚洲其他地区的云豹存在高度的基因差异,其基因差异比狮子和老虎、雪豹和美洲豹之间基因差异都大。
后来,科学家就把巽他云豹独立出来,单独列为一个物种,云豹属就从一个物种变成了两个物种——大陆云豹和巽他云豹。
图:巽他云豹
在目前的划分方式中,猫科豹属共有5个物种——老虎、狮子、豹子、美洲豹、雪豹,它们均为大型猫科动物。如果亚洲豹和非洲豹被划分为2个不同的物种,豹属的成员就会从5个变成6个
。不过,科研人员表示,关于豹子的划分,还需要掌握更多的生物学证据以及科学界更多的讨论
。