根据迄今为止规模最大的DNA条形码分析结果,普通的渡鸦可能不再那么普通了。尽管经过无数专家和业余爱好者数百年的观察和研究,但在林奈分类系统中属和种的名称为Corvus corax的渡鸦,实际上可能包含两个不同的物种,它们在肉眼上无法区分,但在其线粒体DNA的组成上却截然不同。“[DNA]条形码正在直接向我们发出物种边界在哪里的信号,” 安大略省圭尔夫大学的进化生物学家,基因条形码计划的先驱保罗·赫伯特说。“我们在一个物种内部的变异水平非常低,而在物种之间存在着巨大的差异。”
今年五月是卡尔·林奈诞辰300周年,这位瑞典博物学家确立了生物命名规范以及科学分类系统,该系统经过一些修改后至今仍在使用。在他的系统中,每个新的(对科学而言)生物都被归入一个属——例如,对特定类型的鸟类或鱼类的通用分组——然后被赋予一个特定的物种名称。但是,区分一个新的属或一个新的物种需要满足一系列标准——并且这种命名有时会受到欢迎程度的影响。例如,线虫——在海底茁壮成长的扁虫——数量众多但基本上未被编目,而色彩鲜艳的鸟类不乏命名,有时甚至被过度命名。白头鸥目前被分为至少八个不同的物种,尽管它们很难区分。
通过使用真核生物所有细胞中产生能量的线粒体中所包含的一个基因片段——细胞色素c氧化酶I (COI),研究人员现在可以区分看起来相同的物种,因为这段特殊的DNA序列经常发生突变。“线粒体[是]突变的好地方,因为仅仅在呼吸过程中就会产生大量有害物质,”赫伯特解释说。而且,由于它存在于每个活细胞中,因此可以使用它来进行区分。“这个微小的基因区域将使我能够区分鱼类、鸟类、每种昆虫、原生动物和每种真菌,”他补充道。
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这些差异不必很大。有些鱼类仅在DNA中各种氨基酸的排列上有所不同,而不同的物种的基因序列差异可能接近四分之一。通过调查北美洲的所有鸟类,条形码的支持者旨在证明该技术的有效性和准确性。毕竟,尽管该大陆有 643 种鸟类,但鸟类爱好者却多得多。“北美洲的观鸟者几乎和鸟类一样多,”赫伯特说。“如果要对一个系统进行地面验证,那么拥有一个经过良好调查的地面系统是很好的。”
研究人员从储存的标本中提取组织以分离出基因样本,并最终产生了 15 个新的不同物种,并揭示了几个基因双胞胎、三胞胎,甚至一个八胞胎(前面提到的白头鸥),根据发表在《分子生态学笔记》上的研究。当然,绝大多数 DNA 条形码分析仅仅是为了证实最初的林奈分类法。“在我们研究过的群体中,我们能够准确地定位 98% 的已知物种,”赫伯特说。
这项鸟类研究是为所有生命创建此类基因条形码的更大努力的一部分。迄今为止,研究人员已经编目了 20 万个标本和至少 25,000 个物种,其中包括一项对圭亚那热带蝙蝠的研究,该研究在 840 个标本中发现了 6 个新的蝙蝠物种。“我们专门针对蝙蝠,因为它们是地球上最多样化的哺乳动物,”赫伯特说。“这让我们感到非常欣慰,条形码技术可以应对热带地区。”
但正是在那些不那么引人注目的领域,条形码技术可能会证明其真正的价值。“我们可能无法为每种生物提供名称,但我们可以识别所有基因上不同的生物。我们可以将它们放在小瓶中等待,直到有分类学家来描述它们,”赫伯特指出。“你要等很长时间才能等到有人站出来对海底的线虫进行分类。” 已经有蝴蝶新物种在通过这种基因条形码技术发现后被分类学描述。
“就我们的长期目标而言,我们相当有雄心壮志:为真核生物生命建立一个数字识别系统,”赫伯特说。“为地球上的生命划上句号将是一项艰巨的任务。总会有一条线虫潜伏在岩石下。”
“但现在我开始担心没有足够的事情让我忙碌,”他补充道。“这项工作将会完成。” 当然,前提是有足够的兴趣和资金来完成对地球上估计五百万个物种的DNA进行测试的工作。赫伯特认为,世界上的鱼类和哺乳动物的研究即将完成,这项任务也变得更加紧迫:“只需 1 亿美元,我们就可以在地球生命仍在的时候对其进行登记。”