弯曲适应条形码

用一个基因的方法来定义物种真的有效吗?

在20世纪末,分类学走到了十字路口。资金不断减少,学术兴趣日益衰退,即便生物学家和自然资源保护主义者竞相识别和量化物种。“在我长期参与热带地区工作的过程中,我一直面临着所有生物学家都感受到的挫败感,即对周围的生命系统一无所知,”进化生物学家保罗·D·N·赫伯特解释道,他担任加拿大分子生物多样性研究主席。因此,在2003年,赫伯特提出了一种新的识别系统,绕过了繁琐的分类学工作:根据线粒体基因的一个片段“标记”物种。这些所谓的DNA条形码立即赢得了公众的青睐,预示着研究人员可以在野外进行简单的DNA测试的一天,甚至可以使用类似《星际迷航》中的“三录仪”设备。但自其出现以来,许多分类学家一直谴责这种捷径,声称它将破坏为确保识别的精确性和准确性而专门开发的复杂系统。

赫伯特的方案侧重于细胞色素c氧化酶I(COI)基因的一个序列片段,他声称该片段是不同分类群所独有的。他和他的同事去年证明了原理的正确性,当时DNA条形码正确预测了先前无法区分的鸟类和蝴蝶群中的独立物种。在伦敦举行的二月份会议上,生命条形码联盟宣布计划在未来五年内对所有鸟类和鱼类进行条形码编码,并识别哥斯达黎加的所有开花植物。这些举措是朝着他们更宏伟的目标迈进的垫脚石:为每个生物体建立基因标签,并编纂地球生物多样性目录(世界上只有约十分之一的物种被正式知晓)。

但是,正如伦敦自然历史博物馆的昆虫学家昆廷·D·惠勒警告的那样,条形码编码“可以用于善,也可以用于恶”。标准化的物种标记令人兴奋,只要它与正式的描述和分类相符。对于惠勒和其他批评者来说,更令人担忧的是条形码编码者更雄心勃勃的目标——向后应用COI系统来创建“临时的”新物种定义——这可能会阻碍分类学的进展。


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反对者认为,问题在于过度简化。“自然界是混乱的,”夏威夷大学马诺阿分校的昆虫学家丹尼尔·鲁比诺夫指出。今天存在多种物种定义,因为没有人知道什么符合物种形成;分类学的“科学”本身就涉及分析数百个特征来进行这些区分——这就是为什么条形码编码者使用的一个特征数据集“就像回到黑暗时代,”鲁比诺夫说。加州大学伯克利分校的生物学家布伦特·D·米什勒对此表示赞同,称用于物种鉴定的条形码编码“极其错误,并且破坏了系统学的结构”,系统学目前依赖于广泛的形态学、生态学和遗传数据,以便在进化背景下构建物种。

批评者还对条形码编码的准确性提出了质疑。赫伯特将错误率定为2%,这足以验证该方法在动物中的应用。但到目前为止,只出现了一些原理验证,而且测试都很容易。“近缘姐妹种通常是最需要正确识别的,”阿尔伯塔大学的生物学家费利克斯·斯珀林说。而这些正是科学家们可能最难通过COI解决的问题。最近分裂的分类群或杂交的情况,即独立物种产生了后代,构成了特殊的挑战,因为序列可能尚未进化到反映这些事件。

赫伯特认为,该系统的目的是通过“将生命堆成堆”来补充当前的分类学,以便以后进行修订。但由于价格标签在10亿美元到20亿美元之间,批评者担心这项计划只会转移资金,并将“真正的”分类学留给收拾残局。“在网络基础设施、数字工具和IT时代,”惠勒和其他人在即将发表在系统生物学杂志上的一篇论文中写道,“大多数阻碍分类学的障碍已经消失。[但是]现在……它有被像垃圾一样扔掉,只为了最新的花招的危险。” [break]

专家们还指出,条形码无法与另一项主要的系统学事业——生命之树整合,生命之树是一个经过同行评审的进化树,连接了所有已知的系统发育关系。(条形码提供的证据太少,无法证明其在生命之树上的正式物种指定是合理的。)充其量,赫伯特的数据库将与生命之树并存,叠加未经检验的“叶子”。赫伯特声称,尽管存在障碍,“我们最终正在利用自动化、数字化的信息流”,但其他人指出,一刀切的代码似乎忽略了物种的本质含义:进化之手不断变化终点。

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