克隆猛犸象:关键在于生态

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本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映作者的观点,不一定代表《大众科学》的观点。


作为一名冰河时代巨兽的生态学家,我早就接受了这样一个事实,那就是我永远无法亲眼观察我的研究对象。我永远无法在它们的自然栖息地通过双筒望远镜观察到黑熊大小的海狸,无法建造实验围栏来测试乳齿象对植物的影响,甚至无法在动物园里观察到巨型地懒。

作为一名保护古生态学家,我研究过去的自然实验——如气候变化和灭绝——以更好地了解一个正在变暖、支离破碎的世界的生态。诚然,冰河时代之所以吸引人,部分原因在于它挑战了我们如何从花粉、微小的木炭碎片和湖泊中保存的叶子等碎片中重建早已消失的景观。例如,在没有猛犸象的情况下,我转而依赖曾经栖息在它们粪便中的真菌孢子。


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复活灭绝物种可能会改变这种情况。上周五,一群遗传学家、保护主义者、记者和其他人士在华盛顿特区举行会议,讨论复活灭绝物种,包括长毛猛犸象。“复活灭绝物种”听起来像是科幻小说,但它根植于非常真实的保护问题。随着长毛猛犸象基因组测序的完成以及生物技术的最新进展,克隆乳齿象、渡渡鸟或沙斯塔地懒等灭绝物种的问题,正迅速从“如何”变成“是否应该”。后者并非易事,涉及到许多前沿学科的整合,但我希望关注前者:我们是否应该克隆长毛猛犸象?

我(以及布莱恩·斯威特在《国家地理》的一篇最新帖子中提出的)一个日益严重的问题是,复活灭绝物种的提议是“大想法”,但在生态学方面往往流于表面。即使是“复活灭绝物种”的概念本身也具有误导性。成功克隆一种动物是一回事;将其从灭绝的黑洞般拉力中拯救出来又是另一回事。数十年的保护生物学研究试图确定物种在没有重大干预的情况下生存所需的个体数量和土地面积的仔细计算,并考虑到其对食物、栖息地和其他资源的需求。

猛犸象在大陆上已经灭绝了一万多年(尽管矮种猛犸象在偏远的北极岛屿上一直存活到古埃及时代)。即便如此,化石记录也提供了关于生态学的丰富线索。撇开所有伦理考量不谈,从保护生物学的角度来看,成为一头猛犸象意味着什么?

长毛猛犸象是保存最完好的冰河时代物种,也是第一个完成基因组测序的物种(尽管尼安德特人在 2010 年也完成了测序)。就复活灭绝物种的努力而言,它很可能是最早成功的克隆尝试之一。

然而,并非所有猛犸象都是长毛的苔原居民;在北美,从海平面到科罗拉多高原的山脉,从加拿大到墨西哥中部都发现了猛犸象的遗骸。其中最大的哥伦比亚猛犸象生活在类似今天非洲象的热带草原和草原中,而最小的侏儒猛犸象则生活在加利福尼亚海岸附近的孤立海峡群岛上。

虽然仅了解它们的栖息地对于识别潜在的克隆猛犸象保护区很有用,但我们实际上非常了解猛犸象的食物。根据在化石粪便中发现的植物材料、冻土中保存的的内容,以及在牙齿珐琅质中的同位素,我们知道大多数猛犸象是食草动物,更喜欢草和草本植物,而不是木本树木和灌木。

在这方面,猛犸象类似于现代非洲象,尽管从进化的角度来看,它们与生活在森林中的亚洲象关系更密切。与在北美进化的马和骆驼不同,猛犸象是相对较新的来者,大约在 170 万年前通过同一座陆桥到达,第一批人类后来在最后一个冰河时代也通过这座陆桥。

猛犸象可能拥有类似于现代大象的复杂社会系统,据认为它们以多达二十个个体的群体生活。长毛猛犸象雄性拥有发情腺,这对当今现代大象的繁殖很重要。在多个个体一起死亡的地点发现的成群猛犸象骨骼显示了庞大的家庭结构。保存完好的猛犸象足迹显示,庞大的家族并肩行走,以及幼年个体数量的减少,表明由于人类的捕猎,种群数量正在下降。

就像今天现代的大象一样,这些群体都是雌性,因此猛犸象很可能也是母系社会。雌性群体通常会呆在一起,而雄性在青春期时会被赶出象群,独自谋生。

我们怎么可能知道这些?化石记录显示,猛犸象的象牙会长出年轮——就像一棵树一样,只不过猛犸象的象牙可以记录猛犸象生命中的几周甚至几天。从年轮的宽度和它们的同位素构成来看,我们知道猛犸象母亲会哺乳幼崽两到三年。在青春期雄性中,象牙中的生长轮突然变窄,表明雄性突然不得不自食其力(相当于从父母在家做的饭菜到你第一个公寓里的通心粉奶酪和拉面饮食)。

并非所有青春期猛犸象都能度过这段危险的孤独时期;在温泉猛犸象遗址,古生物学家发现了一些单独的、青春期的雄性骨骼,它们掉入天坑中,随着时间的推移而相继死亡。断裂的象牙也揭示了,就像现代大象一样,猛犸象雄性为了争夺配偶而打斗——甚至有一对雄性骨骼被锁在永恒的战斗中,无法解脱。

现代大象拥有复杂的交流系统,包括触摸、视觉、化学物质和声音(包括跨越长距离的次声和地震交流)。虽然化石无法重现猛犸象的鸣叫声,但我们从它们的舌骨、舌头和声带的改变中得知,它们也能够进行低频交流。

由于气候变化以及那些很可能是“关键物种”、它们自身栖息地的生态工程师的巨型草食动物的消失,猛犸草原也像它的同名者一样灭绝了。假设现代西伯利亚或加拿大北部的一部分地区可以,那么一头长毛猛犸象需要多少土地?关于这方面的科学研究还不太清楚。通过将牙齿珐琅质中的同位素与土壤中的同位素进行匹配,我们知道一些种类的猛犸象和乳齿象每年漫游多达 500 公里,可能迁徙以追踪它们的栖息地。

计算猛犸象种群的承载能力并非易事(相信我——我正在研究!),这需要仔细考虑猛犸象需要消耗多少饲料(现代大象每天吃多达 440 磅),靠近水源(现代大象每天喝大约 60 加仑),以及动物、植物和它们种群数量减少时所经历的变化的气候之间的复杂相互作用。一旦我们知道一个猛犸象种群需要多少土地,那么完全确定需要多少这样的种群才能在野外维持长毛猛犸象的可持续种群则是另一回事。无论这个数字最终是多少,值得指出的是,14,000 年前,仅有少量手持长矛的人类和不断变化的气候背景就足以将猛犸象和其他冰河时代巨型动物推向灭绝的边缘。

当我们想到克隆长毛猛犸象时,很容易想象到一片连绵起伏的苔原景观,以及那些富有魅力的庞然大物悠闲地在北极野花中吃草。但是克隆长毛猛犸象实际上意味着什么?长毛猛犸象到底是什么?

一个孤独的幼崽,在圈养中长大,没有象群和环境的背景,真的能算是猛犸象吗?没有猛犸象的族长来哺育这头幼崽,来为其接种必要的肠道细菌,教它如何照顾自己,如何与其他猛犸象交流,祖先的迁徙路线在哪里,以及如何避开天坑并找到水源,这重要吗?冻土正在融化,猛犸草原已经消失,这重要吗?尽管我非常喜爱猛犸象,但我内心的生态学家却忍不住回答:不。

这些是实际的考虑因素,也同样是哲学上的考虑因素。人类活动正在将地球系统推到所有物种(无论是长毛猛犸象还是其他物种)在其进化历史中所经历的自然气候变异范围之外。具有讽刺意味的是,我们对猛犸象生态的许多了解都来自于融化的冻土层中新近暴露的尸体。

复活已灭绝物种有令人信服的生态原因。一些人主张通过重野化来维持特定的栖息地,或执行重要的功能,如种子传播或防火。正如我之前写过的,许多植物如今以生态上的时代错误的形式存在,与它们已灭绝的传播者脱节。复活旅鸽旅鸽可能是拯救沙樱桃(甚至是美国栗树)的重要一步。

我对北美猛犸象和其他大型食草动物灭绝的生态后果的研究表明,在气候快速变化的时期,猛犸象的消失导致了全新的群落——一个持续了两千年的生态动荡时期。其他人的研究表明,小型哺乳动物的生物多样性可能受到了级联效应的影响。现代大象是关键物种,有助于维持许多其他物种依赖的非洲稀树草原栖息地。

失去物种——尤其是生态系统工程师、基础物种或关键的食草动物,可能会导致难以预测的级联效应。反之亦然;向景观中添加食草动物会改变它们。我们——社会——是否准备好接受这些变化?

我理解复活猛犸象的动力——它源于那种同样的好奇心和探索的驱动力,正是这种动力让我成为一名科学家。当我看《史前一万年》时,我承认,看到大银幕上的 CGI 猛犸象时,我公开地哭了。如果猛犸象出现在更新世公园,我将是第一个登上飞往西伯利亚的飞机的人。科学需要偶像——能够吸引公众兴趣的集结点。克隆猛犸象可能相当于生物学领域的登月,不仅复活了一个已灭绝的物种,也重新点燃了人们对自然世界天真的兴奋感(尽管不可否认的是,公众对克隆的看法往往更多的是恐惧和警告,认为科学家在“扮演上帝”)。然而,正如汉娜·沃特斯正确指出的,克隆已灭绝物种实际上可能更多的是关于我们人类,而不是我们关心的野生动物。

反对复活灭绝物种的论点通常围绕着我们不知道的事情——特别是当我们行动的长期附带效应时。预防原则在保护工作中可能令人不满意,因为它如果推到极端,就会排除任何行动。我们通常没有等待确定一项行动的有效性的奢侈,尤其是在我们竞相拯救濒临灭绝的物种时。

然而,就猛犸象而言,没有必要感到紧迫。也许最好的行动方案是首先证明我们可以在一个变暖、破碎、人口过多的世界中有效地管理现存的犀牛和大象,然后再复活它们的毛茸茸的同类。

最终,克隆猛犸象并不止于实验室。如果目标真的是复活灭绝物种,而不仅仅是科学上相当于成就解锁!,那么复活猛犸象意味着持续的努力、密集的管理以及对保护资源的大量投入。我们在这一方面的记录并不令人放心。

与此同时,我们至少可以做的是遵循我们确实了解的关于猛犸象在其生态环境中的知识。在我们认真讨论复活灭绝物种之前,让我们运用猛犸象的教训来帮助拯救面临灭绝的物种。

图片:西班牙北部冰河时代动物群,作者:Mauricio Antón,来自维基共享资源;猛犸象头骨,作者:Robert Geier;安博塞利国家公园以乞力马扎罗山为背景的大象,作者:Amoghavarsha,来自维基共享资源;三只大象卷曲的亲吻,作者:jinterwas,来自Flickr。

Jacquelyn Gill, PhD, is an assistant professor of paleoecology and plant ecology at the University of Maine. As a paleoecologist and biogeographer, she researches how landscapes change through space and time based on climate change and other factors. She hosts the popular podcast Warm Regards and has a healthy Twitter following.

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