獵豹的眼淚（簡體書）

史蒂芬奧布萊恩，博士，1985-2011年任美國國立衛生研究院國立腫瘤研究所基因組多樣性實驗室主任。現任哈佛大學和北京大學的兼職教授。

基因中隱藏著生命的秘密，它是許多不解之謎的答案。14個引人入勝的基因故事讓你知道生命為什么這么頑強，瀕危動物為什么瀕危，為什么有的人不會得艾滋病，時髦的基因治療是什么，基因也可以破案……

前言
序言
第一章 狂笑的老鼠
第二章 獵豹的眼淚
第三章 傲慢與偏見
第四章 疲于奔命——佛羅里達山獅
第五章 官僚作祟
第六章 鯨的故事
第七章 獅瘟疫
第八章 婆羅洲的野人
第九章 熊貓之根
第十章 我們的由來
第十一章 雪球的機會——基因組爪印
第十二章 基因衛士
第十三章 起源 前言 
序言 
第一章 狂笑的老鼠 
第二章 獵豹的眼淚 
第三章 傲慢與偏見 
第四章 疲于奔命——佛羅里達山獅 
第五章 官僚作祟 
第六章 鯨的故事 
第七章 獅瘟疫 
第八章 婆羅洲的野人 
第九章 熊貓之根 
第十章 我們的由來 
第十一章 雪球的機會——基因組爪印 
第十二章 基因衛士 
第十三章 起源 
第十四章 銀彈 
詞匯表 
索引 
進一步閱讀建議 
致謝 

第九章熊 貓 之 根

危險的攀爬持續了6個小時，在寒冷的細雨中跌跌滑滑，沿著陡峭泥濘的羊腸小道攀援而上。我們穿著保暖內衣和戈爾特斯品牌防水透氣的登山靴，拖著背包，蜿蜒穿過茂密的竹林，翻過無數懸崖，經過伐木工人營地，路過高掛的瀑布。在每個駐足歇腳的地方，年輕漂亮的呂植博士都將天線對向熊貓無線電頸圈發出的信號。我坐了三天飛機到西安，又坐了 10小時路虎越野車到杉樹坪伐木營地，才到了這兒。我時差還沒倒過來，又水土不服拉肚子，前一天晚上喝米酒還有點兒宿醉。可我還是決心體驗一把很少人能夠想象的冒險： 登上中國多山的陜西省的秦嶺山脈，看看棲居在自己洞穴的野生大熊貓和它的幼仔。
呂植最先聽到了幼仔的叫聲，聲音很弱，像遙遠的悲鳴，只有在森林的靜寂中才能聽得到。在山頂，年輕的研究生小健帶著我們走到陡峭的懸崖上一塊突出的巨石上。現在幼仔的哭聲變得刺耳，令人不安。呂植敏捷地繞石而下，靠近下面的熊貓洞穴。呂植在北京大學的導師潘文石教授扶著我繞過巨石，這樣我就可以看見那個因為和母親分開而痛苦號叫著的8英寸（20厘米）長的小家伙了。
沒錯，是大熊貓的寶寶，它有迷人的眼斑和米老鼠樣的耳朵，又可愛又嬌弱。他們給它起名為“桂葉”。小健解釋說，桂葉的母親嫫嫫外出覓食了，這是潘文石和呂植在秦嶺長達13年的大熊貓研究中記錄下的野生大熊貓的一個常見活動。
我的目光就離不開這嬌弱的幼仔了，它很活躍，叫聲響亮，很討人喜歡。潘教授問我想不想抱抱幼仔，他讓我放心，說這不會傷害它。我小心翼翼地伸出戴著手套的雙手，把這黑白相間的小嬰兒抱向我的溫暖的外套。當它合上眼睛，舒舒服服地把它的頭靠在我的圍巾上時，它的叫聲平息下來。其他人無聲地笑了，因為他們知道我此時的感受。
當我把桂葉抱在胸前，我瞬間意識到，這就是物種保護的真正內涵。那個時刻清晰地印在我的記憶中，就像昨天剛剛發生。把幼仔小心地放回洞穴之后，我凝望著遙遠的山谷若有所思，直到桂葉的一聲突然尖叫打斷了我的神游。原來是呂植從它背部拔了一根毛做遺傳樣本。
現在回想起來， 我想我被吸引到大熊貓生物學研究和保護中來是必然的。大熊貓是動物保護運動毫無爭議的旗艦物種。沒有任何其他瀕危物種能像羞怯迷人的黑白兩色“貓熊”——甚至今天在中國人們還這么稱呼它——吸引了這么多的關注、研究、爭議或熱情。大熊貓是動物園和保護行動中的超級巨星。或許是因為其巨旺的人氣，它們也吸引了最優秀的——和最糟糕的——保護救星，幫助它們繁榮，避免滅絕。關于這一物種的政治、科學、價值和歷史等方面出現了如此多的電視專題片、書籍和文章，所以我很猶豫是否要在詮釋大熊貓的書庫中再添加一章。然而，大熊貓的遺傳研究故事是一個令人著迷的生物政治交織的過程，我們可以借鑒其中的成功及失誤。

在我生活的世界里，最著名的大熊貓是玲玲和興興。這一對熊貓1972年4月16日抵達美國華盛頓國家動物園，作為周恩來總理和中華人民共和國送給美國人民的禮物，以紀念理查德尼克松總統敲開了中國對西方世界外交的大門。華盛頓這一對熊貓受到公眾巨大的關注和喜愛。在展覽的第一天，它們就吸引了7.5萬名游客。在1972年結束之前，前來觀看這一對愛嬉戲的年輕熊貓的游客超過了100萬。
在整個20世紀70年代，每一個美國人都希望這對熊貓能有一個熊貓寶寶，但就是事與愿違。大熊貓繁殖有季節性，每年只發情（發情時雌性接受雄性的求愛）一次，通常是在春天。從1974年玲玲第一次發情開始，每個發情季節玲玲和興興都被放在一起。但興興一方有點問題，它往往騎跨在錯誤的一頭，興奮地向玲玲的耳朵或其他可笑但無效的部位射精。在一陣密集的媒體監察中，興興被扣上無能、笨蛋、懦弱無用的帽子。
到1981年，國家動物園的負責人和大熊貓繁殖專家們都非常擔心。他們把倫敦動物園一只強健陽剛的熊貓佳佳空運來了，佳佳曾使馬德里動物園一只雌熊貓懷孕產仔，多少證明了它有應對生育挑戰的經驗。佳佳與玲玲的相遇是一場災難。它把這只美國母熊貓揍得失去知覺，直至休克。為了讓攻擊停下來，動物園的工作人員對空鳴槍，用消防水槍噴它們。沒有交配，只有劫掠，佳佳很不光彩地被遣送回英國。“那個混蛋打傷了她，”國家動物園主任特德里德（Ted Reed）氣哼哼地說。《華盛頓郵報》專欄作家瑪麗麥格羅里（Mary McGrory）稱佳佳為熊貓版的呂植從桂葉的背上拔了一根毛做遺傳樣本斯坦利科瓦爾斯基 （Stanley Kowalski）——田納西威廉姆斯（Tennessee Williams）令人難忘的舞臺劇《欲望號街車》（A Streetcar Named Desire）里粗野的角色。
動物園管理人員被這場打斗嚇壞了，決定嘗試人工授精，中國動物園對大熊貓進行的人工授精已經獲得成功。這樣，1983年當玲玲發情時，倫敦動物園的獸醫約翰奈特（John Knight）博士便做好了用電激取精術收集佳佳精液的準備。精子采好的次日，奈特將新鮮精液放在胸前的口袋中，登上一架英國航空公司的飛機前往華盛頓。佳佳的精子抵達杜勒斯機場之前，美國國家動物園的生殖專家戴芙拉克萊曼（Devra Kleiman）決定給興興最后一次自然交配的機會。在她的注視下，興興像是完成了一個很像是恰當的騎跨，而且克萊曼聽到一聲大熊貓狂喜的尖叫，這是行為學者視為交配高潮的信號。當天晚些時候，玲玲還是被麻醉，用剛剛送來的倫敦佳佳的精子進行了人工授精。
在此后不久舉行的介紹這些事件的新聞發布會上，有記者問動物園的公關發言人鮑勃霍奇（Bob Hoage），如果玲玲確實懷孕了，他們怎么知道父親是誰？霍奇回答說： “我們與國家癌癥研究所的遺傳學家斯蒂芬奧布萊恩（Stephen O’Brien）博士有長期密切的合作。我相信他能搞清楚。”玲玲果然懷孕了，而我則發現自己頭一次被丟進了大熊貓保護圈。
1983年7月21日，玲玲生下了在美國出生的第一個大熊貓幼仔，一個重134克，看起來像無毛小鼠的小小的大熊貓嬰兒。讓人傷心的是，幼仔在出生后不到3個小時，就死于在產道內染上的假單胞菌感染。
幼仔的尸檢是個很難受的事。我默默地采集了一塊10美分硬幣大小的皮膚組織樣品，用來建立確定基因型的活體培養。我們已經有了興興和玲玲的皮膚成纖維細胞系。一個星期后，倫敦佳佳的一塊浸在組織培養液中的皮膚切片乘飛機抵達。我們檢測了熊貓細胞中的29個等位酶基因，選擇這些基因是因為它們在其他哺乳動物中具有遺傳變異性。不幸的是，這些遺傳標記沒有一個顯示出4只大熊貓之間有任何變異。我們需要遺傳差異來建立幼仔父親的身份，所以我們決定用皮膚細胞系中更大群組的蛋白，由經過雙向凝膠電泳分離的蛋白染色來分析。在我們檢查的300個蛋白質中，有6個顯示出遺傳變異性，這些變異證明了興興是嬰兒的父親，而不是佳佳。行為學家戴芙拉克萊曼所目睹的自然交配是成功的。
了解了興興具有生殖力，此后動物園每年都嘗試自然交配。之后玲玲曾三次懷孕，但像第一胎一樣，嬰兒都沒有存活，通常是死于大量的細菌感染。1992年，玲玲在 22歲時去世，興興于1999年去世。

參與世界上第一個大熊貓父系鑒定評估對我也是一次學習。當我徘徊在國家動物園的大熊貓展區等待組織樣本時，我熟讀了展示的圖文。精心裝飾的墻面不僅描述了大熊貓保護的豐富歷史，還介紹了一個世紀來吵嚷不休的科學辯論。單是大熊貓究竟應歸入熊科Ursidae還是浣熊科Procyonidae，分類學家和熊貓生物學家都不能達成一致。作為一種妥協，有些人把它單獨歸為一科。
熊貓分類的豐富多彩的傳奇故事可以回溯至一個西方人第一次對大熊貓的描述，他就是19世紀巴斯克傳教士阿爾芒戴維神父（Pere Armand David）。作為一個業余博物學家，戴維熱衷于記錄眾多中國特有的哺乳動物物種。1869年，他給他的科學導師、巴黎自然歷史博物館館長阿方斯米爾內愛德華茲（Alphonse MilneEdwards）寄去了他對一種神秘的高寒生物的描述，他稱之為Ursus melanoleucus（黑白熊）。次年，戴維為博物館帶回毛皮和骨骼材料。米爾內愛德華茲研究了這個動物的骨骼和牙齒，并得出結論，它們更像大熊貓那些身材矮小的中國表親，即紅熊貓或小熊貓，而不是其他熊類。由于小熊貓已被毫無爭議地歸入浣熊科，米爾內愛德華茲便宣布，大熊貓也應該跟小熊貓一起歸為浣熊科，是一種巨型浣熊。這次交流開始了一場長達一個世紀的爭論，它以活潑而刺激的方式主導了動物學討論。
雖然大熊貓肯定看起來像熊，但它卻有一些非常不同尋常的特點，與其與世隔絕的高寒生活方式和以竹筍、竹莖和竹葉為主的高度特化的食性相關。大熊貓的頭骨和下頜骨很大，其強大的顎部肌肉和寬大的牙齒都適于破碎和研磨它的植物性食物。大熊貓有一個中度發達的第六指——熊貓的拇指——適合抓握竹筍。小熊貓也以食竹為生，它們甚至以同樣的方式抓握竹筍，但它們沒有額外的拇指。
大熊貓另外還有幾個特征是熊類所沒有的。它們雄性的生殖器很小，朝向后部，類似浣熊。大多數溫帶和北極地區的熊類物種要冬眠，而熊貓卻不冬眠。這可能是因為大熊貓無法從相當低效的能量來源——竹子——中存儲足夠的能量。熊會怒吼或咆哮，大熊貓則像綿羊或山羊那樣咩咩叫大熊貓的叫聲包括犬吠和咆哮，這兩種聲音通常在沖突時或發情時發出。 。實際上這咩叫聲相當于小熊貓和其他浣熊科動物的吱吱聲和咔嗒聲，但卻聽不到熊發出類似的聲音。
在過去130年中，在科學文獻中有超過50部學術專著，每一部都聲稱解決了熊貓的起源及其正確的分類問題。專家們的意見分為三個陣營，彼此強烈對立，卻都固執己見地認為自己絕對正確。一個陣營宣布大熊貓是一種特化的熊，屬熊科。第二陣營認為它是一種不同尋常的浣熊，屬浣熊科。中間派的一個陣營將大熊貓和小熊貓一起單獨歸為一科（熊貓科Ailuridae或大貓熊科Ailuropodidae），強調它們有別于熊或浣熊的生物學獨特性。當我在玲玲和興興的展館里等待它們的皮膚標本時，我意識到，關于熊貓進化之根唯一達成的一致，就是還沒有達成普遍的共識。
于是我開始閱讀關于大熊貓的分類的不同意見。我不得不說，給我留下了深刻印象的不只是科學辯論的深度，還有論戰各派對爭議的意義的振振有詞。傾向于浣熊派的埃德溫科爾伯特（Edwin Colbert）在1938年指出： 

“所以這個問題多年未決， 支持熊科的，堅持浣熊科的，還有中間路線派，都以最清晰的邏輯提出了他們的若干論據，而在此期間，大熊貓們則安詳地生活在四川的大山里，我行我素，從來沒有想到它們正在引起的動物學爭議。”

史蒂芬杰伊古爾德（Stephen Jay Gould）史蒂芬杰伊古爾德（1941—2002）,美國古生物學家、演化生物學家，科學史學家與科普作家。 1972年，他和紐約美國自然史博物館的尼爾斯埃爾德里奇（Niles Eldredge）共同提出“間斷平衡”(Punctuated Equilibrium)進化理論，由此享譽全球。 在1986年肯定熊科派時寫道： 

“我們陶醉于我們一直未能解決某些關鍵爭論，因為所有的樂趣就在爭論中。”

支持單立一科的喬治夏勒博士在1993年寫道： 

“大熊貓就是大熊貓……在某些方面這個長期懸而未決的問題根本微不足道，它只是映射出科學上對不確定性的不快，以及讓一切整齊就位的嗜好……然而，這個爭議提出了一個根本的科學問題 —— 在分類中哪些特征是重要而有意義的？”

約翰賽登斯狄克（John Seidensticker）在2001年若有所思地寫道： 

“科學家們了解大熊貓起源的努力……已經像這個動物本身一樣，成為籠罩在誤解中的傳奇……隨著……更新更精密的技術出現……追溯不同推理思路和證據是如何展開的就十分有趣……這就是科學的運行；從來不是一成不變，總是在質疑，要再努力一次來澄清。”

從來沒有一個分類學爭議辯論得如此激烈，說辭如此優雅，有如此豐富的形態學、行為學和解剖學描述。比如1964年D德懷特戴維斯（D. Dwight Davis）發表的鴻篇巨著，專講對死于1938年的芝加哥布魯克菲爾德（Brookfield）動物園的大熊貓蘇琳的解剖。他這部300頁的專著分析了50個器官系統，文字和插圖充滿了精致細節，被斯蒂芬杰伊古爾德稱為 “本世紀最偉大的比較解剖學著作”。戴維斯的分類結論擲地有聲。“大熊貓是一種熊，其卷入從熊屬（Ursus）到大熊貓屬（Ailuropoda）的初級適應轉變的遺傳機制極少——也許不超過半打。”
戴維斯的觀點很快就被許多人所接受，但可惜不是所有人都接受。他的批評者認為，他的分析無論多徹底，卻沒有遵循標準的分類程序，只是圍繞他的觀察細述了一堆主觀判斷。在他的專著的第一頁上，戴維斯在腳注中承認，他從一開始就確信，大熊貓是一種熊，所以他在全書中都堅守著這個看法。他沒有試圖呈現一個大熊貓與小熊貓、浣熊和熊的全面比較分析，因為用他的話說，“這變得很困難，所以我放棄了。”戴維斯的工作是大師級的，很有說服力的，但更多的是描述性而不是分析性的。他的致命的弱點是他的假定，以為他的同事就為他的細節之廣度也會接受他的解釋。大多數人是這樣，但還有許多人不是這樣。
我無法抗拒這個歷經百年之久卻仍未解決并仍在尋找一種新看法的辯論。分子遺傳學肯定要參與其中，而我有了細胞系中所有必要的生物材料： 大熊貓、小熊貓和熊的DNA、蛋白質和基因的永久性來源。
在過去的幾十年中，解決種系發育歷史和分類關系的新的分子演化研究方法已經成熟。其原理是比較遺傳相似性和差異性，特別是比較幾個有親緣關系的物種的同源基因序列和蛋白基因產物（氨基酸序列）的異同。基因序列差異的模式被用來揭示導致現生物種群組的遠古演化進程中的分裂。要構建一個物種的演化歷史，構建它的進化樹，我們再次回到分子鐘假說，即兩個物種分離的時間越長，其突變差異量越大。用物種之間遺傳差異的矩陣反向回推，用復雜的數學方法重建能最佳利用這些數據的進化樹。事實上，現在有好幾種理論方法（指名法，基于距離的方法，貝葉斯法，最大簡約法和最大似然法）都使用計算機，根據分子數據來構建種系發育樹。當所有的分析方法，特別是用了幾個不同的DNA片段，得到相同的結果時，人們就有理由相信，這些結果特指的演化關系反映了真實的演化史。
分子鐘假說已經遭遇到一些爭議。批評者指出，突變的積累并不總是精準地按照與時間比例的關系來發生，造成用分子鐘構建的演化樹的分枝長度會有過快或過慢的問題。這些批評令人不安，但并不說明這種確定演化關系的方法無效。相反，它們強調了使用不同的基因或DNA片段來重復試探性解決方案的需要。經過40多年的應用、改進和校驗，分子鐘方法已經經受住了時間的考驗。這個方法用得非常好。
既然在我的實驗室中生長著永久不滅的大熊貓活組織培養細胞，我們便采用了六種不同的分子遺傳學方法來分析大熊貓的起源問題。每種方法各有鮮明的長處和短處。但我們有信心，這六種互補的方法一旦放在一起，會給我們一個有力的答案。
六種遺傳學工具中的三種——等位酶遺傳距離，雙向電泳遺傳距離（用來確定玲玲父親身份的方法）和免疫學距離——評估不同的物種之間一組蛋白質中所積累的氨基酸序列的變化。兩個不同物種中相同的蛋白質（例如血紅蛋白或白蛋白）氨基酸序列的差異，是編碼這些蛋白質的同源基因中突變分離的后果。所以，實際上，我們正在通過量化序列差異的程度來間接追蹤基因間的演化差異。
另兩種方法，DNA雜交和線粒體DNA序列分析，是利用同源基因的DNA序列差異。這兩種分析過程直接評估基因分歧性，作為演化時間的替代指標。
最后一個方法檢查不同的物種之間染色體組織結構的差異。在漫長的演化進程中，祖先物種的染色體排列偶爾會因自發的斷裂和再接合而重新排列，這個過程被稱為易位。親緣關系近的物種染色體易位斷裂較少，而親緣關系遠的物種間長期的分離會導致較多的易位交換。通過檢查染色體的外觀，識別出兩個物種中具有相同的同源基因的區域，我們可以計數發生了多少染色體易位，辨認出它們發生在染色體上的哪一段。利用幾個物種之間這些染色體易位的模式和頻率，我們推導出了熊和大熊貓物種之間發生的染色體重排。然后，我們運用名為最大簡約法（maximum parsimony）的演化原理來分析染色體交換的步驟，這能最好地解釋導致形成現代物種染色體組織結構的染色體片段的移動。
所有這六種不同的方法對于熊大熊貓浣熊的演化謎題，都給出了相同的答案。它們共同勾畫出大熊貓演化歷史的圖景。戴維神父是對的。大熊貓確實是一種熊，它的基因連貫地出自演化樹上形成熊科動物的一支；而小熊貓的基因出自浣熊所在的分支。新的數據以一定的清晰度表明了每個物種如何以及何時發生了演化。下面就講講分子們告訴我們的故事，關于熊和大熊貓如何形成的故事。
約3000萬年前，在叫做漸新世的地質時期，今天的八種熊類（棕熊，美洲黑熊，亞洲黑熊，馬來熊，北極熊，懶熊，南美的眼鏡熊和大熊貓）和浣熊科動物（19種，包括浣熊，長鼻浣熊，蜜熊，尖吻浣熊和小熊貓）的祖先分道揚鑣，各自演化。又過了不到1000萬年，小熊貓的一個祖先與其他浣熊物種分離開來，在亞洲演化，而其余浣熊科物種則在美洲演化。
熊科動物的祖先從浣熊科物種分離出來很多年后——我們估計是在1800萬～2500萬年前——大熊貓的祖先與其他熊科動物分離。大熊貓逐漸演變出其針對高寒棲息地的特殊適應性。在現在與大熊貓分開的熊的譜系中，下一次分叉導致了南美洲的眼鏡熊（Tremarctos ornatus）為一方，而其他6種熊科物種為另一方。這個演化分離事件發生在1200萬～1500萬年前。這6種現代熊屬熊類分別是： 棕熊（Ursus arctos），馬來熊（Ursus malayanus），懶熊（Ursus ursinus），亞洲黑熊（Ursus thibetanus），美洲黑熊（Ursus americanus）和北極熊（Ursus maritimus），它們隨后在大約600萬年前彼此分離。這六種熊的分離幾乎是在同一時代，使得即使用功能強大的分子生物學技術也很難精確地確定它們彼此之間的親緣關系。
雖然遺傳學分析可以產生結論性的親緣關系，但我們估算的這些分離的年代也因研究熊科動物化石的古生物學家成為可能。化石標本不僅能確認分子樹，還因為它們能提供地質年代的測定而提供了一個時間尺度。例如，野熊屬Agriarctos化石一般被認為是大熊貓一系動物的一個早期祖先，那個物種出現在大約1500萬年前的中新世。非熊貓的熊科動物的共同祖先，或“缺失的環節”，是回溯到2000萬～1800萬年前的祖熊屬Ursavus。600萬年前晚中新世的上新熊屬Plionarctos被懷疑是眼鏡熊的祖先，而奧弗涅熊Ursus minimus（約500萬年前）被認為是熊屬動物的原始祖先。
分子遺傳學產生的清晰分辨，以及六種相當不同的方法幾乎完全的一致，給我留下了深刻印象。此外，這套東西與化石標本及其發生的時間非常吻合。
如果我認為我們已經用一些被旁觀者所謂“巧妙和超現代的技術”解決了一個長達120年的演化之謎，是不是有失冒昧？也許