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物种的基因条形码

在人类即将结束叫的时候生物分类学面临十字关头。虽然生物学家和自然保护学家在竞相进行物的鉴别和量化研究,但生物分类学的研究经费在减少,学术价值在下降。"我长期在热带工作,对于生物学家不能识别身边生物体系时的那种挫折,我感同身受。"加拿大分子生物多样性研究中心主任、进化生物学家PadD.N.Heber说。因此,在2003年,绕过繁杂的分类工作,Hebert提出了一种新的生物身份识别(ID)系统:根据一段线粒体基因片断给物种“贴上标签”。这些所谓的DNA条形码立即赢得了公众的喜爱,预示着有朝一日,研究者们甚至利用Star Trek--ian“三录仪”就可以在野外进行简单的DNA测试。但是,自从该方案提出后,已有几十位生物分类学家对这种捷径提出批评,声称那样会使那些为确保ID精度和准确度而有针对性地精心研制的系统受到影响。
Hebert的方案针对细胞色素C氧化酶亚单元I(COI)基因的一个序列片断。他认为该基因片断对不同的物群来说是独特的。去年,Hebert和他的同事们根据DNA条形码从一些以前没有被分类的鸟和蝴蝶中鉴别出了新的物种,从而证实了这一方案的原理。在2月份伦敦的一次会议上,生物条形码协会(Consortium for the Barcode of Life)宣布,计划在今后5年内,建立所有鸟类和鱼类条形码,并对哥斯达黎加所有开花类植物用DNA条形码进行分类。这些计划将通向一个更加宏伟的目标:为所有生物建立基因标签,并建立地球上生物多样性样本目录(目前,人类正式知晓的物种约只占世界总物种数的十分之一)。
但是,伦敦自然历史博物馆的昆虫学家QuentinD Wheeler警告说,就象任何事物一样,条形码技术“可以用于造福,也可用来为害”。如果符合正规的描述与分类,那么,标准化的物种标签是令人激动的。在Wheeler和其他批评者看来,对生物分类学的发展造成威胁的是条形码仪的一个更加野心勃勃的目标一一用COI系统来创建“临时的”新物种定义。
反对者的理由是把分类问题过于简单化了。“大自然是复杂而混乱的,”夏威夷大学昆虫学家Daniel Rubinoff如此说。目前,存在多种物种定义,因为没有人知道一个物种要具备哪些特征。生物分类学最"科学"的地方就在于分析了数百种特征后才得出了这些定义。这就是为什么使用单一特征数据集的条形码仪“有点象回到了中世纪”,Rubinoff说。加州大学伯克利分校的生物学家BrentD.Mist1ler对此也有同感,他认为用于物种鉴别的条形码技术“其方向是完全错误的,会损害基本的分类系统。”目前,该系统依赖外观形态、生态和基因数据并根据进化程度对物种进行分类。
反对者对条形码技术的准确性也表示怀疑。Hebert把误差率固定在2%,误差率如此低,该技术完全可以用于对动物分类。但是,迄今为止,仅找到了少数几个例证。而且,测试很简单。近亲亚种的正确鉴别通常是最重要的。艾伯塔大学生物学家Felix Sperling说,也是科学家通过COI进行分类最难的。一些分裂的物种或杂交物种也提出了挑战,因为独立的物种已经繁衍了后代,但基因序列可能还没有进化到能反映出分裂或杂交这样的事件。
Heber争辩说,条形码系统的目的旨在增加现有的物种分类,“先把生物粗略地分类”,以后再对分类进行修订。然而,反对者担心花10~20亿美元来搞这样的项目只会是分流了研究经费,最后还得靠“真正的”生物分类学来收拾残局。Wheeler等人为《系统生物学》期刊所撰写的一篇待发表的文章中写道:“在电子基础设施、数字工具和IT时代,曾经阻碍生物分类学发展的大多数障碍已不复存在。但现在,生物分类学又处于这样一种危险:它会象刚刚在客厅戏法中用过的道具一样被抛弃。”
专家们也指出,基因条形码不能与另一个主要的分类系统一一生命树集成应用。生命树是一种经过了同行专家评审的进化分枝图,它建立了所有已知亲缘关系之间的联系(但条形码提供的证据太少,不足以为生命树上的正规物种提供一个标签)。Hebert的数据库最多也只能与生命树同时存在,在树上添加一些未经测试的“树叶”而已。Hebert说,尽管有这些阻力,“我们终于建立了一个自动化的数字信息库。”但是,其他人则认为,一成不变的条形码似乎会忽视物种的一个基本意义:物种因进化而不断改变最终的形态。
摘自[《科学美国人》中文版]

 
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