西藏蟾蜍:我是一个有效的物种吗?

作者:两栖爬行动物保护协会CSAR

蟾蜍,俗名叫“癞蛤蟆”,是我们在户外最常见的两栖动物之一。上个世纪初,俄国动物学家扎雷夫斯基(S. Zarevsky)在青藏高原考察时,发现在高海拔地区的一类蟾蜍与较低海拔的个体有明显的形态差异,基于这一差异他将这类蟾蜍定位新种,即西藏蟾蜍(Tibetan toad, Bufo tibetanus)。

西藏蟾蜍生活在青藏高原和横断山脉海拔2400~4300米之间的草地或山区,它们的外形和行为习惯与生活的较低海拔的,也就我们最常见的中华蟾蜍(Bufo gargarizans)非常类似,是一种夜行性的动物,成年后常栖息于岩石下或土坑内,蝌蚪则一般在静水塘里生活。西藏蟾蜍的背部有一道明显的蓝灰色宽纵纹,这个特征被认为是区分它们和中华蟾蜍的标志。几乎在所有经典的动物学著作和教科书里,西藏蟾蜍都被视作了青藏高原的一个特有物种。

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1. 西藏蟾蜍和它们的分布区域(左图为西藏蟾蜍,右图为中华蟾蜍,橘红色为西藏蟾蜍的分布范围)

 

然而,进入新世纪以来,逐渐有一些学者和研究人员开始对这个几乎既定的事实表达了质疑,他们声称西藏蟾蜍并不是一个单独的物种,而是属于中华蟾蜍的一部分,只是住在高山上的中华蟾蜍而已。那么,西藏蟾蜍到底是不是一个有效的物种呢?

经典分类学始于卡尔·林奈(Carl Linnaeus),迄今为止已有几百年的历史,“物种”在生物学界已经被广泛接受,被认为是一个真实的存在和基础分类单元。但是,“什么是物种”却仍然众说纷纭,有人经过粗略统计,光是定义物种的概念就有几十种之多。其中我们最熟悉的,也是教科书上所认可的,是迈尔(Mayr)在1942年提出的“生物学物种概念”(Biological species concept, BSC),即物种是在自然条件下一群相互之间有真实或潜在交配能力,但不能与其它个体交配的生物个体集合。根据这个概念,同属一个物种的关键是生殖隔离存在与否。虽然生物学物种概念很明确,但是在实际对物种的检验中却很难操作,特别是很难在自然条件下通过实验检测“潜在”的交配能力,因此,在近些年逐渐成为主流的是系统学物种概念(Phylogenetic species concept, PSC),通俗地说,就是在进化树上,同一个物种的个体由于有共同的进化历史,因此应该构成一个单系群(monophyletic group)(注Ⅰ),也就是说要有共同的一个祖先,并包含其所有后代。

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2. 单系性原则(A、B均各为单系)

 

要分辨西藏蟾蜍是不是中华蟾蜍的一部分,最有效的办法就是将西藏蟾蜍和中华蟾蜍进行比较,但由于中华蟾蜍的分布非常广泛,因此这是一个非常繁杂的工作。2011年,Zhan等人收集了广泛的西藏蟾蜍和中华蟾蜍的DNA标本,覆盖了藏区、四川盆地、东北和东南等地域,通过遗传标记对这个问题进行了检验。有两类标记被选择,包括了经典的线粒体基因片段和核基因内含子片段,这样就可以避免单独的分子标记所造成的偏差。第一步,使用线粒体基因片段重建进化关系,发现西藏蟾蜍所含有的单倍型(注Ⅱ)分散在各个中华蟾蜍内部,并没有形成单系。第二步,使用核基因内含子片段,仍然发现西藏蟾蜍并没有形成单系,而是随机地嵌合在中华蟾蜍内部。第三步,将所有蟾蜍个体进行聚类,发现西藏蟾蜍并没有单独聚成一类,而中华蟾蜍个体内部的遗传变异程度要大于西藏蟾蜍与邻近中华蟾蜍之间的变异。第四步,关于基因流(注Ⅲ)的检测表明西藏蟾蜍和中华蟾蜍种群之间有稳定的基因交流,也就是说它们之间存在稳定数量的交配行为。经过这四步的检验,所有证据都支持西藏蟾蜍并不是一个有效的物种,它们与中华蟾蜍之间没有显著遗传差异,因此应该属于中华蟾蜍的一部分。

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3. 进化关系重建和个体聚类均表明西藏蟾蜍和中华蟾蜍没有明显区分

 

然而问题又来了,既然经过科学检测发现所谓的西藏蟾蜍就是中华蟾蜍,那么怎么解释它们之间的形态差异呢,毕竟西藏蟾蜍比起中华蟾蜍有一条明显的背部蓝灰色宽纵纹,而且这个形态特征是非常稳定的。一个可能的原因是这是一个与栖息地相关的形态多态性,即中华蟾蜍内部的地域差异。由于两栖动物的迁徙能力很弱,即使蟾蜍各种群间有一定基因交流,种群间的差异对于在高原地区维持这样的一个“地域差异”也是足够的。但是,是不是这个原因,还需要研究人员更进一步的检验。

事实上,对于物种概念的应用,一直都备受争议。因为物种本身是一个静态的概念,而生物本身的遗传和进化则是动态的过程,因此它们之间能否相互引证存在矛盾。系统学物种概念本身不是完美的,它同样也饱受批评,但不可否认的是它是目前被应用得最广泛的物种概念之一。科学是渐进的,在某一阶段就应该遵守该阶段的规则。根据系统学的检验方法,西藏蟾蜍与其它地区的中华蟾蜍相比并没有表现出单系性,它们之间并没显著遗传差异,因此我们的结论是,西藏蟾蜍不是一个有效的物种。

 

备注:

单系群:是支序分类中的一个单元,在生物分类中只所有个体有一个共同祖先,而它们就是该共同祖先的所有后代.

单倍型:指单倍体的基因型,也就是多个紧密连锁的基因构成的基因型.

基因流:是指物种不同种群之间的基因交流过程,在动物中基因交流的方式是交配生殖.

 

中国科普博览-从水到陆专栏 首发

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参考文献

1. Liu et al. 2000. Phylogeny of East Asian bufonids inferred from mitochondrial DNA sequences (Anura: Amphibia). Mol. Phylogenet. Evol. 14, 423-435.

2. Fu et al. 2005. Phylogeographic analysis of the Bufo gargarizans species complex: a revisit. Mol. Phylogenet. Evol. 37, 202-213.

3.Zhan and Fu. 2011. Past and present: Phylogeography of the Bufo gargarizans species complex inferred from multi-loci allele sequence and frequency data. Mol. Phylogenet. Evol. 61, 136-148.

4. 费梁等. 2012. 中国两栖动物及其分布彩色图鉴.

 

图1资料来源于《中国两栖动物及其分布彩色图鉴》及江西省教育资源网;

图3来自Zhan and Fu (2011);

所有图片均由两栖爬行动物保护协会CSAR成员编辑

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