主持人 王湛

最近有個研究成果，讓大家對熟悉的國寶有了新的認識——秦嶺的熊貓像貓，而四川的熊貓像熊。

同學們可以趕緊去找找圖片對比一下看，熊貓的長相，是不是真像這個研究成果一樣。

這項研究由浙江大學聯合深圳華大生命科學研究院、中國大熊貓保護研究中心等單位一起完成，發布在知名期刊《科學通報》（Science Bulletin）上。除了兩地的熊貓長相不同，研究還揭示了為什麼大熊貓愛吃竹子、為什麼大熊貓繁殖能力低，以及如何讓大熊貓更好繁衍。

這期科學彙，我們邀請了該研究的主持人、浙江大學生命科學學院方盛國教授來為我們回答這四個問題。

Q：為什麼秦嶺亞種是當代大熊貓的原始種群？

A:說起大熊貓，大家都會想到它們的故鄉在四川。

其實早在2005年，方盛國便對大熊貓進行了分類研究，在已有的四川亞種基礎上，首次科學提出并命名了大熊貓的秦嶺亞種。這兩個亞種分布在四川、陝西和甘肅三省交界的高山峽谷地區。直觀地看，四川亞種頭大嘴尖，長得像熊。秦嶺亞種頭圓嘴短，長得像貓。

除此之外，這次運用的第三代基因組測序技術，較過去得到了更加清晰的基因像素圖片，方盛國介紹說，這次基因組片段的連續性提高了200倍，讓熊貓的基因組成細節更加清楚。

在3年多的研究中，團隊通過對遺傳變異等的綜合評估研究，明确界定了兩個熊貓亞種開始分化的時間，是距今1萬到1.2萬年前。也就是說大熊貓的兩個亞種兄弟，已有1萬餘年未曾謀面。

誕生于800萬年前的熊貓，經曆了地球的滄桑巨變。

在距今2.4萬年到1萬年前的兩次大冰川中，北方的熊貓滅絕了，隻留下秦嶺中部的一個小種群和四川相嶺的一個小種群。

科研人員對四川亞種和秦嶺亞種的基因組分析發現，此次分化後的秦嶺亞種熊貓，再也沒有跨出黃河流域，在遺傳變異方面顯得非常保守，近萬年來沒有大的變化。

而四川亞種的遺傳變異性就相對較大，遺傳多樣性較為豐富，更加适應野外生存——四川地勢複雜，氣候多變，各種各樣的山地氣候，熊貓都得去适應。日積月累，四川熊貓便進化出了具有更為廣泛環境适應性的免疫系統，用以抵抗複雜環境中的病原微生物和寄生蟲的侵害感染。因此，四川亞種遺傳進化出了适應各種環境的免疫系統。這有點像西南地區的少數民族，隻隔一座山，可能就因為氣候環境的不同，形成了自己的語言和生活習慣而進化為一個民族。

“對熊貓分化的尋根問祖，既有助于清晰了解熊貓家族的發展曆程，又可為生物地理和氣候變化等領域的研究提供重要的借鑒參考。”方盛國說，秦嶺亞種是大熊貓這個古老物種的祖脈，是當代大熊貓的原始種群。

Q:為什麼熊貓從吃肉變成了吃竹子？

A：大熊貓走路不緊不慢、常常坐地吃竹子，形象憨态可掬。其實，這也是長期适應性進化的結果——最大限度地降低身體的能量代謝消耗。

其實，熊貓原本也是肉食動物，但後來變成了以竹子為食。

熊貓最早是像狐狸一樣，是體型非常小的一種動物，一般都群體捕食。在冰川時，由于氣候變化，動物越來越少，食物枯竭。在距今300萬年前，熊貓就開始吃竹子補充部分營養。而那些沒有努力去改變食性的食肉動物如劍齒虎等，紛紛滅絕，熊貓成了同時代肉食目動物中，唯一一種僅僅通過吃竹子來維持生計的動物。

為了應對食性的巨大改變，熊貓進化出了相對小的内髒器官，以适應減少新陳代謝。

本次研究中，科研人員在基因分析中找到了進化的奧秘。他們發現大熊貓Hippo通路上基因快速進化，一些調控元件上存在特異性突變。

“Hippo通路是個專業術語，每個系統都有個通路系統，通路系統變化會影響系統功能”，例如，熊貓Hippo通路的改變，使其内髒器官變小。由于内髒器官無時不刻都在大量的消耗着身體的能量，且器官越大，消耗的能量就越多。所以，當大熊貓的内髒器官變小之後，它們就能盡量減少對身體的能量代謝消耗，從而應對因機體對竹子營養成分的消化吸收率低而導緻營養不足的問題。

又如，之前其他學者研究發現，熊貓感知肉類鮮味的味覺基因的突變，使該基因變成了沒有感知功能的假基因後，熊貓再吃到肉類，就不會像800萬年前那樣津津有味。而沒有了對肉類極其渴望的感覺，它們也就安心的以竹子為主食了。不然，今天的熊貓，又會像虎豹一樣，變成吃人的猛獸。

有着近30年熊貓研究經曆的方盛國說，竹子的營養畢竟是有限的，因此它們通常每天有14個小時以上的時間在啃食竹子。

Q:為什麼大熊貓繁殖能力弱？

A：這個研究，或許揭示了大家一直好奇的話題：“為什麼大熊貓被稱為國寶？因為它繁殖能力低而珍貴呀！”

與其它哺乳動物相比，該研究通過比較基因組學的分析發現，大熊貓基因組上的DACH2基因調控元件特異性丢失，并在SYT6基因發現特異性位點突變。

DACH2基因與生殖系統中米勒管的發育相關，其突變會引起卵巢早衰進而會影響生殖。SYT6基因與精子的形成密切相關。

由此提示，生殖系統中關鍵基因出現異常，可能是大熊貓這一物種的繁殖力比其它哺乳動物低的重要原因之一。

進一步比較四川和秦嶺兩個亞種，發現四川亞種IQCD基因受到強烈的正選擇作用。由于IQCD基因會影響精子的生成和受精，且已有研究顯示在不育的人群中該基因的表達量會偏低。由此可知四川亞種的繁殖力比秦嶺亞種高。

Q:為什麼秦嶺和四川的熊貓，要避免交配繁殖？

如何讓大熊貓更好繁衍？

方盛國建議要加快同一亞種内大熊貓破碎化小種群之間的基因交流，這有助于減少近親繁殖和遺傳衰退問題，“由于秦嶺亞種栖息地受到人類活動的影響，變得四分五裂。”他認為，要恢複它們的栖息地，加快秦嶺山系内部小種群之間的交流。

但同時必須看到，在加強栖息地保護時，要阻斷兩個亞種的接觸，“除非是到了極端的保種情況，兩個亞種間就應盡量避免交配繁殖，否則産生的子代個體的繁殖力可能會被削弱。這對四川亞種種群來說是極為不利的。”

很多人可能不理解，為什麼人類中有“混血兒”更漂亮更聰明的說法，而大熊貓就不能亞種雜交呢？

方盛國解釋說，人類出現後，黑、黃、白種人之間，一直都有着不間斷的基因交流，這從骨骼形态和DNA上都已得到證實——剛開始交流時，後代可能大部分不能存活，或生存能力較低，活下來的都是交流發育成功的。但大熊貓兩個亞種間，已經有一萬年沒見過面兒相互交流了，并且野外的熊貓和人工圈養的熊貓一共才隻有2000餘隻，過于珍貴，不能讓他們去冒這個險。否則，熊貓父母本之間DNA的不匹配，就有可能在遺傳的過程中，丢掉适應環境生存的強壯基因。對于尚不知道亞種雜交會出現哪些嚴重的遺傳問題之前，我們對熊貓的管理工作，都應該慎之又慎。

“對于秦嶺熊貓來說，最要緊的還是在秦嶺山系内部的小種群之間修建廊道，把它們連在一起，形成一個完整的大種群，實現野生種群的可持續發展，并帶來複壯的希望。否則，跟四川亞種的栖息地連通，可能會出現遠交衰退情況的發生。”方盛國說，在其他大型哺乳動物中曾出現過兩個種群放在一起時，因不匹配發生遠交衰退，導緻種群滅絕的案例。而在更為低等的爬行動物，比如揚子鳄當中，就發現了兩個分化時間比較長的種群之間雜交，後代出現畸形的情況。

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