作者:张章 来源:中国科学报 发布时间:2017-12-7
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鱼缸里的“灭绝”动物
野生墨西哥蝾螈处境堪忧

 

蝾螈正从自然栖息地消失。图片来源:Brett Gundlock

上世纪90年代,当Luis Zambrano刚刚成为生物学家时,他心中想象的是自己在远离人类现代文明的墨西哥尤卡坦半岛的某个隐秘角落寻找着新物种。但是在2003年,他发现自己却在墨西哥城霍奇米尔科区被污染的运河里数着两栖动物的数量。

这个工作也有它的好处:Zambrano在离家很近的地方研究墨西哥钝口螈——这是一种墨西哥标志性的甚至全球最知名的蝾螈目动物。但一开始,Zambrano就想让这工作赶快结束。

Zambrano说:“让我告诉你,从最开始我就讨厌这个项目。我什么都抓不到。”

消失不见

好在过了一段时间,Zambrano确实抓到了一些墨西哥钝口螈。但他的发现令其大吃一惊,并改变了他的整个职业生涯。1998年,第一个较完整记录墨西哥钝口螈数量的研究预计,霍奇米尔科每平方公里内大约有6000只。现在已经成为墨西哥国立自治大学教授的Zambrano发现在2000年,墨西哥钝口螈的数量已经下降到每平方公里1000只,而2008年只有大约100只。到了今天,因为环境污染和捕食者的入侵,每平方公里内的数量已经不到35只。

在这种蝾螈仅有的天然栖息地墨西哥运河中,它们已经处在灭绝的边缘。虽然野外仅有几百只,但在世界各地人们的家中和研究所中其实还生活着成千上万只墨西哥钝口螈,你甚至能在日本餐馆的菜单上见到人工养殖的墨西哥钝口螈。

招聘Zambrano参与该项目的英国肯特大学生物学家Richard Griffths说,“墨西哥钝口螈已经完全成为了一个生物保护的悖论。虽然它在宠物商店和研究所随处可见,但在野外已经濒临灭绝。”

这也给生物学家带来了很大的难题。因为令人惊奇的断肢恢复能力,墨西哥钝口螈已经成为组织修复和发展以及癌症等多个研究领域必不可少的实验模型。但经过多年的近亲繁殖,人工繁殖的墨西哥钝口螈对疾病的抵抗力较差。随着野生墨西哥钝口螈数量的减少而逐渐失去的基因多样性意味着,科学家将失去将这一生物研究透彻的机会。

在科学家继续研究着人工繁殖的墨西哥钝口螈的同时,Zambrano等人正在尽最大力量保护野生的墨西哥钝口螈。他们正在繁殖并放生墨西哥钝口螈到被监控的水塘和运河中,以观察它们在霍奇米尔科野外的生存状况,希望能恢复一点自然的基因多样性。鉴于这一物种顽强的生命力,即便成功的难度非常大,如果能获得墨西哥政府的支持,也并非不能拯救它们。

“这种巨大项目是有可能成功的,我在很多国家都见到过这种情况。既然他们可以,我们为什么不行?”Zambrano说。

从未长大

相比于同一地区的其他蝾螈目动物,墨西哥钝口螈进化得相对较晚。它们生活在墨西哥中部山区的德斯科科湖湖岸附近。它们具有幼态持续的特征,也就是说它们的成年形态保留了一些类似物种幼年时期才有的特征。尽管其他蝾螈目动物会转变为陆地生物,墨西哥钝口螈仍会保留其柔软的鳃,并在水中度过一生,就像它们从未长大一样。

无法长大这一特性让墨西哥钝口螈吸引了欧洲科学家的关注。

从墨西哥回来的人们也将这一物种带了回来并开始培育,结果发现它十分适合用于研究:它们在实验室环境下就能繁殖且生命力顽强、容易照料。墨西哥钝口螈的细胞很大,使得调查、培养得以简化。

除此之外,不同于人类以及大部分动物,墨西哥钝口螈相连细胞的颜色也有很大差别。这可以帮助研究者确定胚胎中的哪些组织发展成了哪些器官。但同时它的基因组非常庞大,大约是人类的10倍,使得在某些方面的研究变得很有挑战性。

美国加州大学欧文分校发育生物学家David Gardiner指出,“墨西哥钝口螈的再生能力使它成为一个非常棒的生物学模型。”

20世纪早期,墨西哥钝口螈成为研究脊椎动物器官发育及功能的核心。例如,墨西哥钝口螈能帮助科学家弄清脊柱裂的成因,它们在发现甲状腺激素方面也发挥了重大的作用。

但是,墨西哥钝口螈在科学领域最引人注目的贡献在于再生医学。它们的四肢、尾巴、器官、部分眼睛甚至是大脑的一部分都可以再生。许多科学家都假设这是因为其持续的幼年状态,它们仍然保留着胚胎阶段的一些特质。

德国德累斯顿技术大学再生领域专家Tatiana Sadoval Guzmán表示,几十年来生物学家一直试图确认墨西哥钝口螈的再生原理。“它们是如何做到的?它们拥有的什么是我们没有的?还是反过来,在哺乳动物体内是什么阻止着再生?”

研究人员发现一种被称为转化生长因子β的蛋白质是墨西哥钝口螈再生以及早期妊娠中受伤人类胚胎预防疤痕组织形成的关键。成年鼠以及人类可以再生指尖,但人类会随着年龄的增长而失去这种能力,而这也恰恰代表着哺乳动物的再生能力具有被唤醒的可能。

Gardiner说:“总有一天人类会获得再生的能力,而到那时候再写这个故事一定会提到这些模型生物。”

但是很可能到了那一天,野生的墨西哥钝口螈已经灭绝了。

近亲繁殖

这让Gardiner和Sandoval Guzmán非常焦虑。因为他们研究的许多动物与其他实验室培育的动物一样近亲繁殖程度很高。科学家常常用“近期繁殖指数”测量一个基因库的大小。同卵双胞胎的系数是100%,而完全不相关的个体系数趋近于零。大于12%的系数代表着在这个样本中个体大部分与堂兄弟姐妹结合。墨西哥钝口螈的平均系数则是35%。

Gardiner指出:“我们现有的动物,现在看来还能用,它们还能够很好地再生。但它们近亲繁殖的程度很高,已经开始成为阻碍,近亲繁殖会导致群体对疾病的抵抗变差。”

而墨西哥钝口螈这样高程度的近亲繁殖是人工饲养的结果。如今多数实验室中的墨西哥钝口螈的来源都可追溯到1863年被法国远征队带回的34只墨西哥钝口螈。

Arturo Vergara Iglesias看着在水箱中缓慢爬行的墨西哥钝口螈说:“我并不是每次都能确定,但肯塔基州的墨西哥钝口螈确实与野生的不同。它们有很多畸变。比如通常会有过多的趾。”

Vergara Iglesias是生物和水产养殖中心(CIBAC)的一名生物学家,CIBAC是一家离霍奇米尔科较近的墨西哥钝口螈养殖机构,希望能保留一些野生品种。他培养的这些墨西哥钝口螈来自于32只从附近水塘中捕获到的墨西哥钝口螈。

现在已经很难确认野生的墨西哥钝口螈到底有多少。Zambrano根据2014年进行的最新调查猜测,可能只有不到1000只甚至不到500只。但因为近两年都无法获得资金进一步研究,他已经无法提供更详细的数字,这对保护这一物种而言并不是一个好兆头。

Zambrano指出,为了挽救野生墨西哥钝口螈,政策制定者必须解决两个问题。首先是外来的鱼类,如鲤鱼和罗非鱼。墨西哥钝口螈在卵期最容易受到鲤鱼的侵害,而在幼年时期易受罗非鱼的侵害。

第二类威胁较为麻烦。每当暴雨淹没城市老旧的下水道系统时,污水处理设施便会将人类废弃物排放到霍奇米尔科,并带来氨、重金属以及其他有毒的化学物质。这些污染物对这种生物有很严重的影响。

某个下午,Zambrano与一群志愿者来到靠近墨西哥国立自治大学的池塘,放生10只在实验室长大的野生墨西哥钝口螈。如果它们能够存活并繁殖,那么在未来某一天可能成为这个种群的基因库。但是,很多研究员表示如果无法为墨西哥钝口螈找到合适的栖息地,那么它们的灭绝将是无法避免的。(张章编译)

《中国科学报》 (2017-12-07 第3版 国际)
 
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