中国南朝时期有一句成语叫“管中窥豹，可见一斑”，意思是从竹管的小孔里看豹，只看到豹身上的一块斑纹。通常比喻因视野狭窄而无法看见事物的全貌，也可以用来比喻通过观察事物的一部分来推测全貌。
一千多年后分子生物学的出现，赋予了这句古老的成语全新的涵义。美国国家癌症研究所（National Cancer Institute）的科学家们尝试了一次“管中窥豹”——在电子显微镜下“窥探”猎豹的血样，他们得到的显然不只“一斑”，而是一个有关遗传多样性的惊人发现。
图源：Pixabay
事情要从1980年的一次跨国会议说起。
弗兰克·布兰德（Frank Brand）是南非一家猎豹保护繁育中心的主任，他在会议中向美国史密森学会（Smithsonian Institution）的动物学家泰德·里德（Theodore Reed）求助，希望后者能帮忙找到猎豹人工繁育率低的原因。
当时布兰德的猎豹繁育中心已有80多只猎豹，但人工繁殖一直是他们面临的难题。
圈养的猎豹神经紧张、拒绝交配和繁殖，容易得病死去。愿意交配繁殖的猎豹仅占圈养总数的17%，而幼崽的死亡率则高达30-40%。
没有任何一种大型猫科动物像猎豹这样难养。
美国一家动物园中的圈养猎豹 摄影：Andrew Seaman 图源：Unsplash
里德于是建议派一支医疗队去南非进行研究。
医疗队到达南非后，采集了15只猎豹的精液。当他们检查这些样本时都惊呆了：所有的猎豹精子数量都非常低，只有其他猫科动物的1/10，而在这少量的精子中，还有70%的精子畸形。这一情况已经充分说明为何猎豹繁殖困难。
但科学家们并不想止步于此，他们希望进一步了解猎豹种群的遗传结构，来探究猎豹生殖困难的根本原因。于是他们采集了50只猎豹的血液样本，送到美国国家癌症研究所基因组多样性实验室，由遗传学专家史蒂芬.奥布莱恩（Stephen J.O’Brien）来进行检测。
奥布莱恩想通过检测这些猎豹血样中的等位酶找到答案。
名词解释
等位酶：
在一个物种种群中发现的基因变异体被叫做等位基因，血液中的酶是典型的基因产物，酶的遗传差异被称为等位基因酶或等位酶。当用血液中的不同等位酶来估算一个生物的遗传多样性时，它们通常具备20-50%的可识别遗传变异。例如，对虎、狮、豹、豹猫、家猫等猫科动物的等位酶检测显示出了10-30%的变异特性。
检测的结果令人惊讶：每一个等位酶都是一样的，52个等位酶基因没有任何差别！通常情况下，这种现象只存在于近亲交配中。但这些样本并不来自同一对猎豹的后代，也有从野外补充的。
猎豹当时在野外至少还有一万只，在非洲和亚洲都有分布，怎么可能会出现这样的情况？
奥布莱恩对去南非采样的科学家开玩笑说：“你们根本没有收集到50只猎豹，对吧？你们实际上只采集了一只猎豹的血，然后分装到了50个试管里，是吧？”
奥布莱恩由此猜测：世界上所有猎豹都来自于一个极小种群。
为了进一步验证这一点，奥布莱恩又在非洲对6只没有亲缘关系的猎豹进行植皮实验。正常情况下，植皮的部分会产生排异，身体不会认可来自其他非亲缘个体的组织。然而实验表明，没有任何排异反应，植皮都自然生长，就像它本来就长在这只猎豹身上一样！
毫无疑问，猎豹全部是近亲繁殖的产物，即便它们的数量曾经在二十世纪初时达到过10万只，也改变不了这一事实。
摄影：Ahmed Galal 图源：Unsplash
这是怎么发生的？
一个生物界普遍接受的推测是，大约在1万-1.2万年前，地球上出现了一次大型生物集群灭绝事件，致使世界上75%的大型哺乳动物丧生。这场灾难让猎豹的数量可能只剩下个位数。
在之后的几千年中，这个极小种群顽强地存留了下来，并且一度发展壮大。虽然如此，猎豹种群基因的多样性却丧失了。
这叫做“瓶颈效应”（bottleneck effect）。被“瓶颈”过滤后的种群，即使再扩展到原来规模甚至超越原来规模，其群体的遗传多样性也大不如前。
2014年时，全球野生猎豹的数量为6674只，主要分布在非洲南部和东部，阿尔及利亚，还有少量分布于中非和西非以及亚洲的伊朗。图源：IUCN
猎豹并非唯一具有极低遗传多样性的物种，研究表明，北象海豹和海獭都是“瓶颈效应”的亲历者。只不过，曾经把它们“逼成”极小种群的不是“天灾”而是“人祸”。
北象海豹在19世纪末就经历了一次空前的种群瓶颈。因为人类狩猎等各种影响，它们的种群规模迅速锐减至只剩下20来头。在受到保护的几十年后，它们的种群数量又达到了10万只以上，但它们的基因里仍然刻着这一瓶颈的标志：遗传多样性远少于未被广泛捕猎的南象海豹。
北象海豹 图源：U.S. National Park Service
海獭也遭遇了相似的劫难，因为皮毛贸易，海獭被猎杀几近灭绝。
18世纪毛皮贸易之前，它们在世界范围内的数量大约在15万到30万之间。而到20世纪初，加利福尼亚幸存下来的南方海獭只有大约50只。现在，加州海獭的数量回升至3000只。它们的遗传多样性也很低。
南方海獭 图源：Marine Mammal Commission
进行海獭遗传多样性研究的加州大学洛杉矶分校（UCLA）生态学和进化生物学研究生安妮贝尔·贝希曼（Annabel Beichman）对“瓶颈效应”造成的基因多样性丧失的后果做了一个生动的解释：
“当一种疾病发生，拥有丰富的基因多样性，即不同颜色的珠子（如下图所示）对物种的存续可能会有帮助。比如黄色的珠子对这种疾病有抵抗力，绿色和红色的珠子是易感的。如果这一物种在数量大幅减少中失去了所有的黄色珠子，只剩下绿色和红色珠子，它们将无法抵抗疾病。”
解释“瓶颈效应”的四幅图，从左到右分别是：原始种群数量，瓶颈事件，幸存种群数量，新种群数量 图源：SME科技故事
这个说法，四十年前在美国俄勒冈州一家野生动物园得到了证实：这家动物园繁育了60只猎豹，他们又从别的动物园引进了两只猎豹来壮大自己的队伍。然而糟糕的是这两只猎豹一来就感染了猫科动物传染性腹膜炎病毒（FIPV），FIPV引发猫科动物的免疫反应，破坏其内脏器官，导致动物死亡。
这种病多见于家猫，但死亡率并不高，很少超过10%。因为家猫拥有较好的遗传多样性，这使得它们的免疫系统能够阻止致命疾病的发展。
不幸的是，猎豹并不具备这样的特质。病毒一旦攻克了一只个体，便意味着攻克了所有个体。FIPV攻陷了这个动物园的所有猎豹，60%的猎豹先后死亡，幼崽死亡率高达83%。
极低的遗传多样性让圈养条件下的猎豹极易受到疾病的群体攻击，并使人工繁殖困难重重。然而有意思的是，研究表明猎豹在野外的繁殖能力却很高，而且没有证据显示野外的猎豹存在近亲衰退的现象。
一只雌性猎豹和它的三个幼崽 图源：Pixabay
这不禁引发我们的思考，既然高度遗传同质化对野生猎豹种群几乎没有不良影响，相比通过人工繁育增加种群数量，保护猎豹更好的方式应该是尽可能保留和恢复它们的自然栖息地，保证它们猎物的数量，减少人兽冲突和猎杀，让每一只猎豹都有足够的领地，彼此保持足够的“社交距离”，从而避免群体性感染疾病的几率，自然地繁衍下去。
如果大灾难和极低的基因多样性都没有让一种野生动物灭绝，那么人类更没有理由把它们推向那一步。
摄影：Harvey Sapir 图源：Pexels
本文大量内容参考自《猎豹的眼泪》一书，在此一并推荐这本讲述遗传多样性研究的著作。
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你们骂的或者追捧的白虎白狮，到底是怎么形成的？
什么鬼？豹猫怎么能和兔狲是亲戚！
草猫对大橘说：亲戚，我们交往吧？
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