从科学角度,北极熊到底是独立物种,还是棕熊的亚种? | 您所在的位置:网站首页 › 北美棕熊和北极熊谁厉害 › 从科学角度,北极熊到底是独立物种,还是棕熊的亚种? |
0
分享至
用微信扫码二维码 分享至好友和朋友圈 北极熊与棕熊外形和生活习性明显不同,一直以来都是作为不同物种的。然而近年来,有人说北极熊和棕熊没有生殖隔离,不符合物种定义;而且新的分子遗传学研究已经将北极熊降为棕熊的亚种了,真的是这样吗? 这里我们要声明,学术界从未提出将北极熊作为棕熊亚种,所谓的将北极熊降为亚种的遗传学研究是被一些人误读了。下面我们将向大家全面介绍北极熊和棕熊的异同,并对相关研究做科学解读。 北极熊 形态上有稳定差异 北极熊和棕熊表型差异非常显著。 最明显的差别是体色,北极熊是白色,棕熊是棕色。实际上北极熊皮肤是黑的,毛是透明的,在阳光照射下才显现出白色。北极熊的 毛是中空的,棕熊毛多数是实心的。而且 北极熊毛更浓密,浑身除了鼻子,连足垫上都长有毛,这是在冰上行走防滑和隔凉用的 ,棕熊就没有。 体态上,北极熊脖子长,看起来后腿明显比前腿长,而棕熊的四肢几乎等长,而且 棕熊肩部有两个异常显著的隆起 棕熊 棕熊的爪子是长而钝的,而北极熊爪子是短而锋利的,而且高度弯曲。 棕熊爪子适合挖掘,北极熊爪子适合攀附海冰和抓海豹。 头骨方面, 棕熊头骨比北极熊更宽、更高 ,而且枕部更发达。从侧面看,北极熊从颅顶到吻尖形成一条光滑的曲线,而棕熊则是内凹的。 牙齿方面,北极熊捕猎用的犬齿和切割肉用的裂齿比棕熊更发达,而可以磨碎食物的臼齿就相对退化了许多 ,这是因为北极熊掠食性更强,几乎只吃新鲜的肉,而棕熊吃植物和拣兽尸比较多。 没有生殖隔离,可产生可育后代 北极熊和棕熊可以杂交,而且它们的 杂交后代是完全可育的,是真正意义上的没有生殖隔离 ,这点与狮和虎、马和驴不同。 2004年,德国的奥斯纳布吕克动物园就繁育了两只棕熊和北极熊的杂交后代。 2006年4月,美国猎人吉姆马特尔在加拿大 班克斯岛 射杀了一只既有些像北极熊又有些像棕熊的动物。DNA检测发现这只熊父亲是棕熊,母亲是北极熊,这是在 野外首次发现杂交熊 ,称为灰北极熊。之后,人们又陆续在班克斯岛发现了7只灰北极熊。经过DNA检测,这8只熊全是一只母北极熊与两只公灰熊的后裔。 动物园中的北极熊-棕熊杂交后代 杂交熊的出现与气候变暖棕熊扩张领地有关 ,近几十年来,一些公棕熊北上到加拿大北极群岛地区游荡,还有一部分棕熊东进到哈德逊湾沿岸建立领地,这两个地区都是北极熊的传统定居地,两种熊接触的机会由此大大增加了。 杂交熊的产生与母熊择偶有关,并不是所有母北极熊都愿意与公棕熊交配。 1995年,在梅尔维尔岛有只母北极熊及其两岁幼仔都被一只320千克的大公棕熊杀害,很可能就是因拒绝与后者交配所致。 野外发现的“灰北极熊” 遗传上是两个不同分支 21世纪初,遗传学家意外发现,从线粒体基因来看,北极熊只是棕熊的一个分支 ,由此掀起了大家对北极熊物种地位的广泛争论。 现生棕熊线粒体 DNA可分为七大支系 ,1支系分布于西欧和环地中海一带;2支系仅见于亚历山大群岛的奇恰戈夫岛、金钟岛和巴拉诺夫岛,该亚种被称为锡特卡棕熊,下文将这三个岛简称为锡特卡三岛;3支系分布最广,包括从欧洲到加拿大的整个环北极地区;4支系分布在加拿大南部、美国以及北海道东部;5支系即青藏高原的藏马熊,6支系为中亚山地的天山棕熊;7支系为已灭绝的北非阿特拉斯棕熊。 棕熊的线粒体地图 北极熊的线粒体 DNA序列完全落入2支系棕熊的范围内,构成了一个单独的亚支 2b ,锡特卡棕熊则为2a亚支 更为复杂的是,在爱尔兰发现的古棕熊与北极熊是一支的,属于2b; 而在斯瓦尔巴特发现的古北极熊则与锡特卡棕熊一样属于2a亚支。 线粒体 DNA是母系遗传,也就是说, 锡特卡棕熊虽为棕熊,却与北极熊是“一母同胞” 。从线粒体看,北极熊和棕熊合起来构成一个单系群,而排除北极熊的棕熊只是个并系群。 这份研究就是有人说北极熊被降级为棕熊亚种的源头。这么说的人缺乏一个遗传学常识, 线粒体在指示亲缘关系方面从来不是个好标的物 。因为线粒体只取决于母系血统和基因突变, 完全忽视了与母系同样重要的父系血统 北极熊和棕熊Y染色体树和线粒体树的对比 与线粒体相反的是父系遗传的 Y染色体,而细胞核基因组因综合了父母双方血统,最能反映血缘关系。 遗传学家也对北极熊和棕熊的Y染色体以及细胞核基因组进行了测序,特别加入了锡特卡棕熊样本,结果均显示锡特卡棕熊与其他棕熊聚为一支,而不是北极熊 ;北极熊和棕熊各自组成了一个单系群,它们互为姐妹群关系。 公熊远比母熊能跑,跨洲交流都很普遍。 例如,公棕熊的 Y染色体支系BR1.1遍布从欧洲到北美的大片地区,包括锡特卡三岛,公北极熊的支系PO1.1也广泛分布于从大西洋到阿拉斯加的大片海域。 北极熊、棕熊线粒体树和细胞核基因树的对比 由于母熊喜欢留在出生地,所以不同支系的母熊很少混居;而公熊酷爱扩张,因而混居现象非常严重,不管是北极熊还是棕熊,每个地区都生活着两个以上 Y染色体支系。公熊的扩张使不同地理居群发生基因融合,并主导了两种熊的地理遗传结构。 锡特卡棕熊以及古爱尔兰棕熊都是公棕熊扩张的产物。 本来,锡特卡三岛上住的是北极熊,整个 2支系也都是北极熊。冰期结束后,不断有公棕熊从北美大陆游到锡特卡三岛上,岛上的北极熊很快便被“同化”了。但由于母棕熊从未造访过该岛,所以这些熊至今仍是北极熊的母系血统。 综上所述,尽管古代棕熊和北极熊发生过大规模的基因渗入,但现生棕熊和北极熊在基因组上属于两个不同分支。 金钟岛的锡特卡棕熊,公棕熊和母北极熊的后裔 北极熊是棕熊演化来的 北极熊由古代棕熊演化而来,为学术界所公认。冰期由于气候变冷,东西伯利亚地区的一群古棕熊被冰川阻隔,与其他棕熊隔离开来,久而久之,它们适应了在海冰上捕猎海豹,演化为今天的北极熊。 北极熊的分化时间,有三种说法: 15万年,60万年和40万年。15万年说是依据线粒体计算的,这显然是不准确的,因为北极熊和棕熊在历史上发生过大规模基因渗入,锡特卡棕熊就完全是北极熊的母系血统。60万年说是根据部分细胞核基因差异得到的,而 40万年说则是全基因组测序结果,很显然40万年说是最可靠的 综上所述,北极熊大约在 40万年前,由东西伯利亚地区的一群古棕熊演化而来。 这也解释了北极熊和棕熊为什么没有生殖隔离,分化时间太短啦。短短40万年北极熊就进化出了如此大的差异,难怪一直以来被作为 快速成种的典范 北极熊,狩猎海豹 北极熊和棕熊是一个物种吗? 通过前文的描述,我们得到了四个事实: 事实一,北极熊和棕熊有显著的形态差异; 事实二,北极熊和棕熊可杂交产生可育后代; 事实三,北极熊和现生棕熊在遗传学上分属不同支系,各自为单系群; 事实四,北极熊是古代棕熊的直系后裔。 下面,我们根据上述四个事实,讨论下北极熊到底是棕熊亚种,还是独立物种。 首先,我们要明确, 任何分类单位都是人为定义的,而不是自然存在的 。生物进化和物种形成非常复杂,以至于科学家难以给出一个准确定义。 按最经典的定义,物种是可以自由交配并繁衍后代的一群动物,是不是一个种关键看有没有生殖隔离。 根据事实二,北极熊和棕熊没有生殖隔离,确实符合经典定义中同一物种的概念。 然而经典物种定义无法解决很多难题,例如,犬属动物中,狼、金背胡狼、郊狼和红狼都可以杂交产生可育后代。如果我们真把整个犬属合并成一个物种,将给研究和保护工作带来诸多麻烦,物种的划分也就完全失去意义了。 最近几十年来,越来越多学者认识到经典物种定义的局限性,为了更准确界定物种,他们提出了多种现代物种观念。 表型种 ,是指表型相似而又与其他生物不同的一群生物,根据事实一,北极熊符合表型种定义。 生殖种 ,虽继承了经典定义中生殖隔离的概念,但同时指出,两群能成功杂交的动物如果杂交不充分,基因库没有融合,也应算作不同物种,北极熊和棕熊就是这种情况。 遗传种 ,强调物种特异性的基因序列,这里就不展开说了。 北上的棕熊与北极熊争抢鲸尸 支系种 ,是指在形态和遗传上区别于其他演化支的最小演化支 ,这就完全摒弃了生殖隔离的概念。根据事实三,现代棕熊和北极熊都是单系群,棕熊冠群(现代所有棕熊的最晚共同祖先,及该祖先的所有后代)是将北极熊完全排除在外的。但是,棕熊总群(史上所有具有棕熊特征的动物,其最晚共同祖先及该祖先全部后代)就将 全部 北极熊 包括在内了,因为北极熊是古棕熊的后代嘛。 从这一角度看,北极熊确实属于棕熊类动物,但不属于现生棕熊这个演化支。 年代种 ,强调群体分化时间以及产生的表型差异 。北极熊从棕熊中分化约为 40万年,这个时间尺度定不定独立种都在两可之间,但 北极熊形态差异已经与它的棕熊祖先足够大,理应分出一个新种 。而同样的演化时间,现代棕熊就仍然基本保留了其祖先的样貌。 2020年,在哈德逊湾,北极熊与棕熊接触 综合多个现代物种定义,将北极熊列为独立种显然更加科学。事实上,学术界也是公认北极熊和棕熊是不同物种的,因此大家不要以讹传讹了,科学家从来没有将北极熊降为棕熊亚种。 不过, 随着地球持续变暖 ,棕熊和北极熊接触的机会会越来越多,而它们还没有形成生殖隔离,一旦接触就会发生杂交。这样下去, 两种熊的基因库将会渐渐融合,它们真会变成一种熊 ,就像在古爱尔兰和锡特卡三岛发生的那样,北极熊又变回了棕熊。 特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。 Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services. /阅读下一篇/ 返回网易首页 下载网易新闻客户端 |
CopyRight 2018-2019 实验室设备网 版权所有 |