保护物种还是保护基因

卡鲁克部落的成员正在钓鲑鱼。资料来源:大卫·麦克林

40年来，美国加州卡鲁克部落的礼仪领袖叶·希尔曼一直在克拉马斯河畔跳舞。根据他祖先的传统，他恳求长期维持部落的鲑鱼从海里回来。

鲑鱼在春天和秋天两次到达这里，在淡水中产卵。希尔曼说，然而，卡鲁克部落对春天到来的鲑鱼表示了“特别的尊重”。鲑鱼在三月离开海洋，在长达一米的身体里储存足够的脂肪，持续几个月，直到它们成熟并在河里产卵。秋天的鲑鱼在海里成熟，所以它们不携带太多脂肪。

从历史上看，鲑鱼在春天的“运动”更大，但从1912年到1964年，在克拉马斯河上建了几座大坝，防止这些“春游”鲑鱼进入产卵场。其他变化，如农业引水，对春季鲑鱼的影响比秋季更大，因为春季鲑鱼在河里停留的时间更长。如今，响应希尔曼号召的春季鲑鱼越来越少了。

“失落的”春天鲑鱼

2011年，环保主义者要求美国联邦官员将克拉马斯河的春季鲑鱼纳入1973年《濒危物种法案》(ESA)。但是美国国家海洋和大气管理局(NOAA)的官员拒绝了请愿书，该机构监管鲑鱼和其他生活在海洋中的鱼类。其中一个原因是，研究人员得出结论，克拉马斯河的春季鲑鱼的基因与秋季鲑鱼的基因相似。

然而，一项新的研究结果迫使科学家和联邦官员重新考虑这一决定。2017年，研究人员宣布他们发现了一种基因，似乎可以控制鲑鱼和虹鳟鱼在性成熟之前或之后向上游迁移。他们得出结论，这种基因变化只发生在春季鲑鱼身上。

此外，bioRxiv最近发布的新数据显示，在几十年前的春天鲑鱼消失的河流中，不到1%的剩余鲑鱼携带早期迁徙基因。缺乏这种基因使得春季迁徙的鲑鱼不太可能再次出现。

这一发现促使卡鲁克部落提交了一份新的请愿书，呼吁将克拉马斯河的春季鲑鱼列为濒危物种。这项研究还引发了保护生物学家甚至研究人员之间的激烈争论。核心问题是一个基因的差异是否足以保护一个群体免受ESA的侵害。

"我们认为生物现实是这些鱼符合保护标准."为卡鲁克部落工作的生物学家克雷格·塔克说。然而，蒙大拿大学的环境保护遗传学家弗雷德·艾伦多夫认为，“你不应该描述一个受保护的物种或任何基于一个基因的分类单元。”相反，他倾向于更广泛地观察这个物种的整个基因组。

这场辩论的范围可能远远超出鲑鱼。专家说，克拉马斯请愿可能会推动新的浪潮。这份请愿书基于详细的基因组分析，能够准确定位对物种生物学有重大影响的DNA突变。

“这不仅仅是一个决定。”加州大学的遗传学家迈克尔·米勒说，他领导了鲑鱼研究。他说，科学家和监管者需要几十年的时间来找出“如何处理这个问题”

区别几何

克拉马斯请愿只是为了保护太平洋沿岸美国河流中产卵的6种鲑鱼。鲑鱼会回到它们出生的河流产卵和死亡，所以鲑鱼在不同的河流中通常会有不同的变化，例如身体大小、迁徙时间和基因。这也是欧洲航天局第一次申请保护一条特定的河流物种，随后又有一系列类似的请求保护其他河流中的鲑鱼。

然而，诺阿西北渔业科学中心的环境保护遗传学家罗宾·瓦普里斯回忆说，诺阿在决定如何处理这个问题时面临着一个大问题。“没有人知道鲑鱼的独特种群是什么，”他说。因此，瓦普莱斯的任务是起草一项政策。

1991年，他为今天发表了一个具有法律意义的定义:如果它的成员很少与其他物种的鱼交配，一个鲑鱼物种就足够被列入名单。它也应该是物种进化遗产的一个重要部分——如果它消失了，在别处就找不到了。目前有九个美国鲑鱼种群符合这些标准，被列为濒危物种。

然而，在河流中，春季和秋季迁徙的鲑鱼在基因上并不明显，因此呼吁保护春季鲑鱼的请愿书没有取得多大进展。

一个关键的症结是同一条河流中的春季鲑鱼看起来像秋季鲑鱼，而不是其他河流中的春季鲑鱼。这个模型让科学家们得出结论，在西海岸，每条河流都有自己的春季鲑鱼。它支持这样的假设:如果鲑鱼在春天灭绝，它们可以从秋天的同伴那里重新进化。

然而，一些研究者仍然对决定鲑鱼何时离开海洋的基因感到好奇。米勒决定说清楚。他是俄勒冈州西部农村的本地人。他从小就一直在寻找春季鲑鱼。“这是我文化的重要组成部分。我一直对鲑鱼着迷。”他说。

他和他的同事扫描了从华盛顿、俄勒冈州和加利福尼亚州的河流中提取的春季和秋季鲑鱼的基因组。99.99%的基因表现出相同的古老模式。没有参与这项研究的瓦普里斯说，春天的鲑鱼看起来像秋天的鲑鱼。但是当米勒的团队仔细观察时，他们发现在某些地方，春季和秋季鲑鱼的基因组是不同的。

然而，研究人员不知道涉及多少基因，因为他们的方法不能确定不同染色体上的DNA变化。"我们的工作是盲目的。"米勒说。

当他们获得虹鳟鱼基因组时，他们取得了突破。虹鳟鱼是鲑鱼的近亲。令他们惊讶的是，当他们将鲑鱼的DNA片段与虹鳟鱼的整个基因组匹配时，他们发现所有与迁移时间相关的DNA变化都排列在同一个区域:一个叫做GREB1L 1的基因

这种基因在鲑鱼中没有已知的功能，但它可能与性激素相互作用，从而影响其他基因的表达。然而，它对鲑鱼迁徙时间的明显重要性令人惊讶，因为研究人员认为迁徙受许多基因控制，而不仅仅是一个基因。

分歧依然存在。

现在的问题是国家海洋与大气管理局是否会同意保护鲑鱼。官员们已经开始收集公众对卡鲁克请愿书的意见，但可能需要一年或更长时间该机构才能宣布其决定。如果美国国家海洋与大气管理局决定将春季鲑鱼纳入欧空局的保护范围，这一裁决可能会引发克拉马斯河治理的变化，比如减少灌溉分流。这个问题在研究人员中引发了一些激烈的争论——包括那些直接参与鲑鱼研究的人。

例如，在预印的手稿中，列出了与米勒合作的五名科学家的名字，但是当他们在《科学进步》上发表时，他们的名字被删除了。“有些人希望在论文中强调保护的重要性，而另一些人认为结果令人兴奋，却没有突出保护内容。”洪堡州立大学的保护遗传学家安德鲁·金齐格说，他的名字已经被删除了。他认为这些数据刚刚发布，还需要做更多的工作才能用来影响决策。

艾伦多夫担心，如果美国国家海洋与大气管理局批准这项申请，可能会打开将物种分成更好的群体的大门。他说这是压倒性的胜利，可能会变得官僚和不切实际。"如果我们发现另一个非常重要的基因，会发生什么？"他问，“这是否意味着我们必须进一步分化人口？”

Waples是濒危物种辩论的老手，他认为单基因差异不应该成为保护种群的传统理由。然而，他认为，如果基因编码了一个对生态和物种进化至关重要的特征，那么它就有意义了。“迁徙时间对鲑鱼来说足够重要吗？我希望看到更多关于这个问题的辩论。”

康奈尔大学的鱼类遗传学家尼娜·奥弗加德·瑟基尔森认为，早期移民应该得到特殊保护。它们是物种进化遗产的一个独特部分，人们不应该忽视这个基因告诉我们的关于鲑鱼进化历史的信息。

希尔曼将继续在克拉马斯河畔跳舞——希望他这一代人不会看到最后一条春天的鲑鱼。(唐毅宸编译)

中国科学新闻(2018-05-16第三版国际版)