纪念大熊猫科学发现150周年|三十年如一日,他矢志揭开大熊猫演化谜团

方志四川 2019-05-17 11:11 33795

本文刊于《巴蜀史志》2019年第2期

作者:钟振宇

魏辅文,1964 年生,中国科学院院士,保护生物学家。本科、硕士研究生毕业于原南充师范学院(今西华师范大学),师从中国大熊猫研究开拓者胡锦矗教授,1997 年获中国科学院动物研究所博士学位,现于中国科学院动物研究所从事濒危动物保护生物学研究,兼任中国濒危物种科学委员会副主任。从 20 世纪 80 年代开始,坚持在邛崃山、岷山、大小相岭和秦岭等山系的野外研究一线,不断将新的技术手段充实到野生大熊猫保护生物学研究中去,让这一古老物种的诸多科学之谜得以一一破解,为人类科学认知和保护大熊猫作出突出贡献。

2018年12月,中国科学院院士魏辅文(右)回母校西华师范大学看望恩师胡锦矗教授(西华师范大学党委宣传部 供图)

在大熊猫科学发现 150 周年之际,四川省地方志工作办公室人员带着刚刚出版的中国首部大熊猫志书――《四川省志·大熊猫志》,专程来到首都北京,走进中科院动物所,拜访中国唯一主要从事大熊猫科学研究的魏辅文院士。

2019年3月8日,魏辅文院士接受四川省地方志工作办公室访谈(何晓波  摄)

魏辅文院士并不宽敞的办公室,被大熊猫挂像、大熊猫头骨模型和浩瀚的书籍所包围,落座后, 聊天自然也从大熊猫开始了。

2019年3月8日,四川省地方志工作办公室副主任赵行与魏辅文院士围绕大熊猫相关问题进行交谈(何晓波  摄)

一种理念 人类要向大熊猫学习

在中科院这个科学殿堂,魏院士并没有首先同我们谈起学术研究,而是娓娓道来他的“熊猫生存哲理”——我们要向熊猫学习,要善于改变自己,才能够更好地生存下来。魏院士说,在大熊猫数百万年的进化历程中,剑齿虎等一大批同时代的动物都灭绝了。大熊猫为什么能够繁衍至今?甚至被人们称为“活化石”, 就在于它不断地改变自己,比如改变食性,比如进化出便于抓握竹茎的“伪拇指”等,因此适应生存环境的变化。

2019年3月8日,四川省地方志工作办公室副主任赵行向中科院动物所和魏辅文院士赠送《四川省志•大熊猫志》(何晓波  摄)

“人生何尝不是这样?”魏院士用一段自己的人生经历诠释着“熊猫生存哲理”。20世纪80年代初,他在报考大学前,并没有什么远大的理想和抱负,只因为父亲生病,希望通过学医来拯救父亲和他人。但事与愿违,他未能被医学院录取。在改报师范学院时填写了自己喜欢的数学专业,最终阴差阳错被生物学专业录取。

2019年3月8日,魏辅文院士在中科院动物所办公室阅读《四川省志•大熊猫志》(何晓波  摄)

“学了一年后,觉得生物学也挺有意思的, 我从大一开始就自学遗传学。”魏院士说,在那个时代,育种专家袁隆平是大家的偶像,他也立下向遗传学进军的志向。

除了学会适应,事物的发展也离不开机缘。魏院士就读的南充师范学院生物专业,有一位知名科学家――胡锦矗教授,他是我国野生大熊猫研究的开拓者。魏院士清晰记得,他是在1984年暑假,第一次随胡教授深入王朗和唐家河开展野外调查。“但我的好奇和激动很快就被单调和艰苦的野外工作消磨。”他坦言。

正在爬树的大熊猫(图片来源:《四川省志•大熊猫志》)

那几年,他随胡教授参加了全国第二次大熊猫资源调查、马边大风顶观察站创建等工作。一年中常有七八个月蹲点野外,土豆腊肉野菜是最好的窝棚大餐。此外,他们还随时面临生命危险,曾多次遭遇大雾而迷失方位。

“年近 60 岁的胡老师身体力行,带着年轻人跋山涉水、爬冰卧雪,阅读大自然这本‘无字书’,老师严谨的治学态度潜移默化地影响着我。”魏院士说,能够成为胡教授首届研究生弟子,并将大熊猫研究融入自己人生,是他最大的幸运。

魏辅文院士向恩师胡锦矗赠书(图片来源:西华师范大学网)

1994 年,怀着更大理想的魏院士,进入中科院动物所攻读博士。“那时,内地对大熊猫的研究 方法非常传统,停留在靠双眼观察、双手记录的阶段,关注大熊猫每天吃多少,在哪里睡觉,研究大致的一些生态学规律,而世界已进入基因研究时代。”魏院士说,当时,尽管大熊猫作为保护野生动物多样性的“旗舰”物种,但一直有很多谜团没有厘清或待解开。

在中科院导师的指导下,他拓展视野,在四川研究的基础上,他选择了“宏观和微观”生物学相结合的方式,在适应性演化的角度中去研究大熊猫的来龙去脉。

2019 年1月, 熊猫基地的大熊猫正在吃竹子(刘广懿 摄)

近年来,魏院士和他的团队率先将种群基因组学和宏基因组学等新技术引入大熊猫研究,开拓了濒危动物种群基因组学与宏基因组学研究领 ,系统阐明了大熊猫的种群历史、濒危原因、 适应性演化机制与演化潜力等科学问题,以大熊猫为模型揭示了食性特化动物类群在食性转换和特化历程中如何在形态、行为、生理、遗传和肠道微生物等方面产生适应性演化的规律,并积极推动国家大熊猫放归和栖息地廊道建设工程实施。基于开创性的突出贡献,魏院士成为我国首位主要从事大熊猫科学研究的院士。

2019年3月8日,魏辅文院士向四川省地方志工作办公室赠送所著《野生大熊猫科学探秘》并签名(何晓波  摄)

一项研究  大熊猫并非“弱者”,进化未到尽头

认识大熊猫的进化历程和未来,最根本和基础是了解大熊猫的数量等基本生存现状。

“由于大熊猫分布在高山密林中,有竹林隐士之称,科研人员一直很难在野外对其进行跟踪研究。大熊猫究竟有多少、群体现状如何?这是大家最关心的问题之一。”魏院士说。据介绍, 传统的大熊猫种群数量调查主要依赖于大熊猫粪便的特征,比如粪便中竹茎咬节(即粪便中未被消化的竹茎长度)或竹叶残片长度等来区分个体, 但业界对这种方法的准确性存在争议。

魏院士发现,大熊猫的新鲜粪便常覆盖一层透明黏膜,黏膜内有从肠道壁脱落下来的细胞,“利用粪便 DNA 可准确识别大熊猫个体并用于种群数量调查。”

2015年在西阳沟拍到的雌性大熊猫(谌利民 摄,唐家河国家级自然保护区供图)

创建大熊猫非损伤性遗传分析技术体系,这种调查方法已在四川王朗大熊猫自然保护区种群数量调查中得到应用。魏院士说,他和团队通过在王朗地毯式的搜索,采集 300 多份大熊猫新鲜粪便,遗传鉴定了 66 只野生大熊猫,是第三次大熊猫调查数量(27 只)的两倍多。这种大熊猫粪分子粪便学技术体系得到国家行业主管部门的高度认可,被作为辅助方法应用在后来的国家大熊猫调查活动和种群动态监测中。

野生大熊猫(石棉县地方志办公室 供图)

在国际上,大熊猫作为动物保护领域的旗舰 物种,长期存在一种“大熊猫走到进化尽头”的观点,并占据上风。魏院士却敢于打破传统认识和一些学术权威,认为在野外考察中发现野生大熊猫的种群数量可能远超过人们先前的估计。基于来自六大山系的大规模野外样品 (159 只个体 ) 的种群遗传学分析,魏院士的团队发现大熊猫具有较高的遗传多样性,表明其仍具有较高的长期续存的演化潜力,“与其他熊类相比,其遗传多样性仍处于较高水平,仍具有进化潜力。”他说。大熊猫在2016年9月被世界自然保护联盟从“濒危”级降至“易危”级,也从一个侧面印证了魏院士这一论断。“但这并不意味着放松对大熊猫保护的关注度。”他说。

四川小寨子沟国家级自然保护区红外相机拍摄的野生大熊猫,2018年(四川小寨子沟国家级自然保护区 供图)

魏院士解释道,通过基因研究分析发现,栖息地破碎化限制了大熊猫迁移扩散与种群间的基因交流。如四川大小相岭山系被大渡河隔开,108国道又将它们各自分割为两大区域,由于数量较小、种群间相互隔离,大小相岭山系内的大熊猫很容易出现近亲交配,导致种群个体退化。

鞍子河保护区红外相机拍到的大熊猫,2017年(鞍子河保护区供图)

“想解决野外大熊猫栖息地碎片化的问题,可以通过修建栖息地走廊,加强孤立的大熊猫小种群之间的连通性,让大熊猫进行自然交流。” 魏院士说,四川正在开展这方面的探索,期待取得好的效果。

四川瓦屋山中在大石下藏身的大熊猫(眉山市地方志办公室 供图)

“此外,将大熊猫从一个区域转移到另一个区域,这种放归也是探索已久的一种方式。”魏院士提醒,如果大熊猫遗传背景相差很大,可能会出现远缘杂交而导致种群衰退等问题,因此应选择遗传背景相似的大熊猫进行放归。此外,秦岭大熊猫和四川大熊猫是不同的遗传种群,不应与其他种群进行交流,保持秦岭和四川种群的独特性。

魏辅文院士

魏院士和他的团队对熊猫在进化中的形态、 行为、生理、遗传和肠道微生物等方面的适应性也进行了开创性研究。面对竹子这种低能量的食物,大熊猫可以消化利用其中的部分纤维素和半纤维素。“但是研究中并未发现大熊猫身上有相关消化酶的基因,很多学者感到不解。”魏院士说,他利用基因序列分析,发现大熊猫肠道内含有能够消化纤维素和半纤维素的梭菌,以及多种酶的编码基因,能帮助消化竹子中的部分纤维素和半纤维素。在此基础上,团队得出结论:大熊猫在采食竹叶期,肠道生物加强了对粗纤维的利用,而在食物蛋白丰富的笋期,加强了对粗蛋白的利用。“大熊猫消化纤维素的谜团得到了破解。” 魏院士说。

20世纪80年代,岷山、邛崃山系竹子大面积开花。图为大熊猫专家胡锦矗在王朗自然保护区开展野外研究(绵阳市地方志办公室 供图)

一种期待 让社会公众认识到与自然和谐相处的重要性

面对丰硕的研究成果,魏院士仍然认为,尽管国内外科学家作出很多努力,但是受制于当前技术水平、化石数量等条件,人类对大熊猫整个演化历史变迁认识还不是非常清楚。但他相信,随着技术的进步,一些谜团将得到破解,比如探寻从古老化石中提取更多有用 DNA信息的新手段。为揭开大熊猫身上的若干谜团,魏院士没有停止脚步。他透露,其团队目前的主攻方向是破解大熊猫繁殖中囊胚“延迟着床”的机理,为大熊猫繁育提供更多理论和技术支撑。魏院士取得的科研成果,根植于川陕甘大熊猫自然保护区这片沃土。而他熟悉的这片山山水水,将被建设为大熊猫国家公园。

2017年8月17日,魏辅文在第二十六届全国中学生生物学奥林匹克竞赛开幕式上致辞(图片来源:河南省科协网)

“这是件好事,也是一个摸索的过程,而中国前几十年建设大熊猫保护区的实践中,有很多成熟的经验可以借鉴。”魏院士表示,人和自然是一个有机的整体,建设国家公园要注意人与自然的和谐相处,不能为了保护走向另外一个极端。

“天人合一”是魏院士口中的高频词。他认为,千百年来,大熊猫栖息地周边一直有原住民的存在,这些老百姓已和周围大自然形成了一个整体。建设国家公园不宜强制迁移原住民,而应探寻采取引导自主搬迁的方式自然减员或是帮助建立一种和谐相处的方式,比如开展生态补偿,为提供生态服务的当地老百姓给予补偿。

成都大熊猫繁育研究基地内的大熊猫在树上玩耍(资料图片,四川日报记者 衡昌辉 摄,来源:四川日报)

保护大熊猫,离不开国家投入大量资金。不少公众对投入与产出存在疑问。为回答这个问题, 魏院士所在的动物所与国内外多家单位的专家合作,对大熊猫及其栖息地的生态系统服务价值进行评估。结果表明,大熊猫及其栖息地的生态系统服务价值每年达26亿—69亿美元,是大熊猫保护投入资金的10—27倍。

“这充分说明对大熊猫保护的投入非常值得,该研究结果对大熊猫国家公园的建设及其他自然资本的投资具有重要的指导意义。”魏院士指出。

2019年3月25日,中国科学院院士魏辅文、裴刚、陈晔光等一行到钱江源国家公园考察访问,并举行“魏辅文院士专家工作站”揭牌仪式

尽管埋头从事科学研究,但“大熊猫文化” 也是魏院士所关心的。1993年,首届“国际熊猫节”在成都举办,魏院士历历在目。在他印象这次活动影响大、效果好,让世界加深了对大熊猫的认识,也通过文化搭台、经济唱戏,为四川对外开放作出了贡献。魏院士希望恢复“国际熊猫节”,并建议各地在打出大熊猫“名片”的同时,也要深度挖掘文化内涵,既要接地气、大众化,更要科学化、提升品位。

2014年在石板沟拍到大熊猫(马文虎 摄,唐家河国家级自然保护区供图)

今年是科学发现大熊猫150周年,魏院士指出:这只是西方人首次对大熊猫进行科学描述,而实际上,几千年来我们的祖先对大熊猫这种黑白熊有很多记载,这不仅是辅助科学研究的基础信息,也是挖掘大熊猫文化不可忽视的宝贵财富。 魏院士还盛赞《我们诞生在中国》《功夫熊猫》等动物题材电影。他期待中国有越来越多的专业团队能够沉下心,持续深入拍摄一批高质量的野生动物题材作品,帮助公众理解濒危野生动物的处境,真正认识到人与自然和谐相处的重要性。

来源:四川省地方志工作办公室

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