大量蛙類面臨滅絕危機(jī)，當(dāng)務(wù)之急是教會(huì)它們“談戀愛”

頤源書屋 2019-10-25

展開全文

圖片來源：Aimee Silla

如今，包括蛙類在內(nèi)，兩棲動(dòng)物的滅絕速度超過了世界上的任何其他脊椎動(dòng)物?？茖W(xué)家和環(huán)保人士為它們建立了多個(gè)人工繁殖基地，卻依舊無法緩解這種趨勢。如何使瀕危物種中僅剩的幾只繁殖后代，緩解物種危機(jī)成為新的難題。但隨著育種技術(shù)的發(fā)展和人造棲息地的多樣化，未來或許我們還能聽到一些瀕危蛙類的叫聲。

撰文 | Stephanie Pain

翻譯 | 于穎卓

審校 | 楊心舟

大量蛙類步入瀕危

幾年前，我意外地收到了朋友的一封郵件。這位朋友是蛙類愛好者，他在郵件中寫道：“Toughie死了?！盩oughie是一只巴拿馬樹蛙（Rabb's fringe-limbed tree frog），這只樹蛙曾在全球擁有眾多的粉絲，而我也是其中之一。Toughie長得非?？蓯郏鼌s因?yàn)橐粋€(gè)殘酷的事實(shí)而出名：它是世界上最后一只巴拿馬樹蛙。作為滅絕危機(jī)中種群的唯一幸存者，Toughie經(jīng)歷了眾星捧月但又十分短暫的一生。

Toughie（圖片來源：wikipedia）

2005年，一個(gè)動(dòng)物保護(hù)小組從巴拿馬一處偏遠(yuǎn)的云霧森林中，捕獲了Toughie和另外4只巴拿馬樹蛙，并將它們帶到美國進(jìn)行人工繁殖，希望以此來阻止巴拿馬樹蛙的滅絕。由于蛙壺菌的感染，該物種很快就從野外消失了，隨后人工繁殖也宣告失敗。到2012年，Toughie成了最后的幸存者，而它也于2016年9月去世。雖然我們早就知道Toughie終將離去，但這并不能夠減輕我們受到的打擊。

今年，我一直關(guān)注著一只來自玻利維亞的西溫克斯水蛙（Sehuencas water frog）的命運(yùn)。這只英俊的水蛙名叫Remeo（羅密歐），十年來獨(dú)自生活在玻利維亞的科恰班巴自然歷史博物館的水族館里。它曾反復(fù)嘗試尋找伴侶，但均未成功。2017年底，Remeo放棄了對異性的呼喚，它似乎注定要面臨與Toughie相同的命運(yùn)。幸運(yùn)的是，由于網(wǎng)絡(luò)上其他人的幫助，這只西溫克斯水蛙有了避免孤獨(dú)終老的機(jī)會(huì)。

去年情人節(jié)的那天，Remeo的飼養(yǎng)員在網(wǎng)站上發(fā)布了Remeo的資料。這一舉動(dòng)帶來的大量捐款，資助和支持了另一支探險(xiǎn)隊(duì)的野外水蛙尋找工作。今年1月，博物館宣布探險(xiǎn)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了5只水蛙，其中包括2只雌性。鑒于野外黯淡的生存前景，探險(xiǎn)隊(duì)把它們帶回了水族館。Remeo終于找到了屬于自己的另一半，而它被取名為Juliet（朱麗葉）。

Remeo（圖片來源：美國物理學(xué)會(huì)）

每個(gè)春天，我家后院的青蛙似乎會(huì)抓住一切機(jī)會(huì)大量產(chǎn)卵，所以我天真地猜測Remeo的“婚后”生活也會(huì)十分順利，并熱切期待著小蝌蚪們的消息。然而結(jié)果不容樂觀，被圈養(yǎng)的水蛙似乎并沒有太大的繁殖熱情。如果西溫克斯水蛙這樣的瀕危動(dòng)物不進(jìn)行交配產(chǎn)卵，怎樣才能拯救它們呢？

對于蛙和蟾蜍來說，我們可以用生殖技術(shù)來解決這一問題。隨著兩棲動(dòng)物激素療法、人工受精和冷凍保存技術(shù)的迅速發(fā)展，人工圈養(yǎng)蛙類誕下健康后代的機(jī)率也開始提高。而目前受益于這些技術(shù)的瀕危物種還很少，但正如澳大利亞伍倫貢大學(xué)的生殖生物學(xué)家Aimee Silla所說，這些技術(shù)預(yù)計(jì)能為更多的瀕危動(dòng)物提供幫助。Silla和同事Phillip Byrne在《動(dòng)物生物科學(xué)年度評(píng)論》中報(bào)道了該領(lǐng)域取得的成就。她說：“這些技術(shù)具有很大的應(yīng)用潛力，而且激動(dòng)人心的突破層出不窮，因此我們有理由保持樂觀?！?/span>

地球上的生物多樣性正在以空前的速度削減，而兩棲動(dòng)物首當(dāng)其沖，其數(shù)量減少速度超過了任何脊椎動(dòng)物群體。2017年，世界自然保護(hù)聯(lián)盟（IUCN）列出了大約2100種瀕臨滅絕的兩棲動(dòng)物，幾乎占已知兩棲動(dòng)物物種的32％。根據(jù)IUCN的估計(jì)，這一數(shù)字可能還會(huì)繼續(xù)上升至55％左右。

其實(shí)我們很熟悉兩棲動(dòng)物數(shù)量銳減的幕后元兇——棲息地消失、氣候變化、環(huán)境污染、被作為食物過度掠取和愈演愈烈的野生動(dòng)物貿(mào)易。但現(xiàn)在還加上有史以來最嚴(yán)重的兩棲動(dòng)物傳染病，即壺菌?。╟hytridiomycosis）。最近，科學(xué)家對該病的影響進(jìn)行了評(píng)估，結(jié)果表明，這種可怕的真菌感染疾病導(dǎo)致了500多種兩棲動(dòng)物的數(shù)量減少，更有90種兩棲動(dòng)物因此滅絕。

20世紀(jì)80年代后期，爬蟲學(xué)家首先敲響了物種滅絕的警鐘，并最終促成了科學(xué)界對蛙類、蟾蜍及它們的近親進(jìn)行的全球評(píng)估。2004年發(fā)布的結(jié)果令人震驚：各地的兩棲動(dòng)物數(shù)量都在直線下降，一些物種甚至已經(jīng)消失。2005年，國際專家舉行了一次峰會(huì)，以制定相應(yīng)的保護(hù)措施。其中一項(xiàng)重要的提議是，動(dòng)物園、水族館和其他有能力的組織應(yīng)設(shè)法“拯救”瀕危物種和進(jìn)行圈養(yǎng)繁殖。

倘若一切順利，這些“人造保護(hù)性棲息地”將在一定程度上保留瀕危物種的遺傳多樣性。如果有合適的棲息地，剩余的后代可以被放歸野外，幫助增加或者恢復(fù)日漸減少的種群數(shù)量。

在這項(xiàng)計(jì)劃中，許多環(huán)境保護(hù)人士帶回了珍稀的蛙和蟾蜍，被圈養(yǎng)的兩棲動(dòng)物數(shù)量激增。其中的一些繁殖計(jì)劃取得了巨大的成功。例如，馬略卡島產(chǎn)婆蟾（Mallorcan midwife toad）已在野外重新建立了18個(gè)繁殖種群，脫離了瀕危物種的清單。坦桑尼亞的奇罕西噴霧蟾蜍（Kihansi spray toad）于2009年被宣布在野外滅絕，因?yàn)楫?dāng)?shù)氐囊粋€(gè)水利項(xiàng)目破壞了它們在奇罕西峽谷瀑布旁的、充滿水霧的棲息地。于是人們設(shè)法為圈養(yǎng)繁殖的噴霧蟾蜍，制造了適合生存的水霧環(huán)境，而這一努力也得到了回報(bào)，成千上萬人工飼養(yǎng)的噴霧蟾蜍被放歸到了奇罕西峽谷的人造水霧棲息地中。

馬略卡島產(chǎn)婆蟾。（圖片來源：維基百科）

輔助生殖技術(shù)

但對于其他許多被拯救的物種來說，情況就不太樂觀了。有些物種無法產(chǎn)生卵子或精子，或雌雄個(gè)體產(chǎn)生配子的時(shí)間不同步；有些物種不能進(jìn)行必要的交配行為；還有少數(shù)物種產(chǎn)生了胚胎，但胚胎很難進(jìn)一步發(fā)育。密西西比州立大學(xué)的保護(hù)生物學(xué)家Andy Kouba曾研究過一些美國最罕見的兩棲動(dòng)物，他表示，現(xiàn)在除了滅絕危機(jī)外，還存在圈養(yǎng)繁殖危機(jī)。

為什么對兩棲動(dòng)物繁殖后代如此艱難？很大程度上，這主要因?yàn)?/span>我們不夠了解稀有物種繁殖的苛刻要求。蛙和蟾蜍是極其多樣化的動(dòng)物，通常具有許多高度分化的繁殖策略和習(xí)性。它們有些在水中繁殖，包括平靜的湖泊、湍急的溪流及淺淺的水池；另一些則在陸地上繁殖，從熱帶雨林的地面和樹冠，高山沼澤的苔蘚下到蘆葦叢的泡沫水池中。它們多數(shù)會(huì)通過體外受精方式繁殖，但也有一小部分是體內(nèi)受精。有些是一夫一妻制，有些則采用非?；靵y的多對多交配方式。

更重要的是，與交配有關(guān)的生理和行為變化會(huì)與一系列環(huán)境和社會(huì)因素相聯(lián)系，包括濕度、溫度或壓力的變化，更明亮、更長的白晝，同伴的呼喚，冬眠的結(jié)束，或一場突如其來、標(biāo)志著雨季開始的傾盆大雨。一旦某個(gè)物種瀕臨滅絕，我們就幾乎沒有機(jī)會(huì)在野外對其進(jìn)行研究，因此很難找到交配的觸發(fā)因素?！坝行r(shí)候我們可以弄清楚交配的誘因，并成功讓它們進(jìn)行交配，但是對于很多其他物種，無論我們怎么嘗試也找不到正確答案。” Kouba解釋道。

因此三種輔助生殖技術(shù)（ART）應(yīng)運(yùn)而生：（1）激素治療，該方法可以促使不情愿的伴侶進(jìn)行交配，或誘導(dǎo)卵子和精子的發(fā)育和釋放；（2）體外受精，增加后代的數(shù)量和多樣性；（3）精子或卵子冷凍技術(shù)，以備不時(shí)之需。

少數(shù)瀕危物種已經(jīng)從這三種技術(shù)中受益。例如，在澳大利亞，激素治療將不愿意配對的科羅澳擬蟾（northern corroboree frog）變成了熱情似火的戀人，這樣能確保它們都為下一代貢獻(xiàn)了自己的基因。來自美國拉勒米平原的懷俄明蟾蜍（Wyoming toad）在野外已滅絕，但多虧了激素和人工受精技術(shù)，它們的種群數(shù)量又開始恢復(fù)。另外，冷凍的精子也為落基山脈南部瀕臨滅絕的西部蟾蜍（Anaxyrus boreas）貢獻(xiàn)了一些后代。

西部蟾蜍。（圖片來源：維基百科）

但是要完成這些工作其實(shí)并不容易。盡管近70年來科學(xué)家一直在開展一些基礎(chǔ)研究，來使用激素和體外受精技術(shù)培育兩棲動(dòng)物胚胎，但到了20世紀(jì)90年代，當(dāng)生物學(xué)家試圖借助這些技術(shù)來增加更多的兩棲動(dòng)物數(shù)量時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室的那套流程只適用于特定的對象，因而無法在野外直接采用。經(jīng)過數(shù)年對激素劑量的調(diào)整和測試，第一種有效的治療方法才最終確立。另外，哪怕只是將精子和卵子融合這樣的簡單任務(wù)，也耗費(fèi)了不少精力。

隨著人造保護(hù)性棲息地?cái)?shù)量的迅速增加（許多仍然無法進(jìn)行自然繁殖），人們的緊迫感日益增強(qiáng)?！拔覀円庾R(shí)到，這項(xiàng)研究必須抓緊進(jìn)行，”Silla表示。而現(xiàn)在，辛苦的工作得到了回報(bào)。她補(bǔ)充說：“近年來，輔助生殖技術(shù)發(fā)展得很快。”

激素療法之所以能夠刺激性腺成熟以及卵子和精子釋放，主要依靠兩種激素注射：促性腺激素釋放激素和人絨毛膜促性腺激素（一直到20世紀(jì)70年代，這些激素實(shí)驗(yàn)主要為了研究人類的妊娠行為）。有些物種對第一種激素的反應(yīng)最好，而另一些物種則更適合第二種，同時(shí)注射劑量和方案也至關(guān)重要。Kouba表示：“每個(gè)物種都不相同，因此要找到合適的激素并確定治療的時(shí)間和頻率可能要花費(fèi)幾年的時(shí)間。”長期以來，為新物種找到合適的治療方案就是一個(gè)試錯(cuò)的過程。如今，對于大約20個(gè)物種，科學(xué)家們已經(jīng)確定了相應(yīng)的激素療法。

隨著激素治療方案數(shù)量的增加，一些規(guī)律漸漸浮出水面，而這有助于科學(xué)家們找到更多合適的激素療法。例如，兩棲動(dòng)物的祖先譜系似乎決定了激素的選擇，一些蛙類和蟾蜍家族的成員對第一種激素的反應(yīng)更好，而其他家族的成員則更適合第二種激素。

Silla和Byrne認(rèn)為，演化因素也可能成為預(yù)測最佳精子收集時(shí)間的關(guān)鍵，因?yàn)樾坌援a(chǎn)生精子的數(shù)量及其釋放速度與物種的交配策略息息相關(guān)。

在非一夫一妻制的物種中，雄性之間的競爭推動(dòng)了睪丸向更大的方向演化，它們會(huì)產(chǎn)生更多的精子并更快地將其釋放。例如西澳大利亞的佐治亞索蟾（它的別名叫quacking frog，因?yàn)樗鼤?huì)像鴨子一樣嘎嘎叫）是一妻多夫制，許多雄性成群聚集在一個(gè)產(chǎn)卵雌性周圍。那些雄性有巨大的睪丸，里面充滿了數(shù)以萬計(jì)的精子。注射激素后，它們會(huì)在數(shù)分鐘內(nèi)開始釋放精子。不過，Silla發(fā)現(xiàn)最佳的收集時(shí)間是在注射7個(gè)小時(shí)后，那時(shí)精子的釋放量會(huì)達(dá)到峰值。

與之形成鮮明對比的是澳洲南部夜宴蛙（southern corroboree frog），它是生活在新南威爾士州雪山的的極度瀕危物種。這種青蛙采取一夫一妻制，這也意味著它不需要產(chǎn)生很多精子，也不必對交配感到著急，因此它的睪丸很小。根據(jù)Silla和Byrne的說法，在注射激素后，他們要等待很長時(shí)間才能獲得精子。Silla說：“在這種蛙中，需要注射36個(gè)小時(shí)后才能達(dá)到精子釋放的峰值，而我們最終也只收集到了幾百個(gè)精子?！?/span>

澳洲南部夜宴蛙。（圖片來源：the conversation）

配子收集后，需要的第二種技術(shù)是體外受精，它能夠讓育種者控制后代的親緣關(guān)系，從而可以在小群體優(yōu)化遺傳多樣性。雖然理論上聽起來很簡單，實(shí)踐中卻并不容易。傳統(tǒng)的方法是將卵子和切碎睪丸中獲得的精子放入培養(yǎng)皿中混合靜置幾分鐘，然后用水淹沒它們。溶液突然被稀釋會(huì)促使精子變得活躍。

但是在保護(hù)動(dòng)物時(shí)，我們不能直接去獲得睪丸。取而代之的是，育種者必須等精子移動(dòng)到泄殖腔并與尿液混合后才能收集它們。對于某些蟾蜍，只要把它們拎起來并放到盤子上，它們就會(huì)排出精液和尿液的混合物。如果這樣做不起作用，則可以通過對腹部施加輕微的壓力。蛙類則更難獲得精子，育種者可能需要使用細(xì)導(dǎo)管來完成收集工作。

此外，育種想要獲得成功還取決于精子和卵子的混合比例是否正確，是否加入了激活精子的特定液體，以及其他很多原因。

第三種技術(shù)，也就是冷凍保存技術(shù)，同樣可以提高種群數(shù)量并確保瀕危物種的遺傳基因健康。因?yàn)榻邮芗に丿煼ǖ膬蓷珓?dòng)物通常產(chǎn)生精子和卵子的時(shí)間不同步，冷凍保存技術(shù)可以先存儲(chǔ)一種性別的配子，直到我們獲得另一種性別的配子。

精子的長期儲(chǔ)存也為遺傳多樣性的優(yōu)化開辟了新的可能性。一些收集好的卵子可以用許多不同雄性的精子來受精，動(dòng)物園和水族館的種群可以交換精子，我們甚至可以讓野生和圈養(yǎng)的個(gè)體進(jìn)行雜交。特別是具有抵抗疾病等有特殊價(jià)值的個(gè)體，可以在死亡后的很長時(shí)間內(nèi)繼續(xù)貢獻(xiàn)自己的基因。

但是，正如你所想的那樣，實(shí)際操作比聽起來要復(fù)雜得多。精子的儲(chǔ)存要比卵子更容易，精子凍存的試驗(yàn)已經(jīng)在越來越多的物種身上取得了成功。Kouba和同事一起創(chuàng)建了美國國家兩棲動(dòng)物基因組庫，他表示：“最初精子解凍后恢復(fù)活性的概率只有5％，現(xiàn)在可以達(dá)到50％至70％。我們還可以保存活體動(dòng)物體內(nèi)的精子，并用它們來培育后代?！?/span>

而冷凍卵子是另一碼事：由于卵子尺寸很大，含有卵黃，水分含量高，并且還有著果凍狀厚外層，這些特征導(dǎo)致科學(xué)家們至今未能成功將其冷凍。Kouba表示，這個(gè)問題必須解決?！袄鋬鼍哟_實(shí)要簡單得多，但如果只能保留雄性基因組，而那只是整個(gè)基因組圖譜的一半而已?！?/span>

建立更多育種項(xiàng)目

到目前為止，盡管需求巨大，但受益于輔助生殖技術(shù)的瀕危物種數(shù)量仍然很少。在某些育種項(xiàng)目中，許多或所有由此產(chǎn)生的后代仍被圈養(yǎng)，以幫助維持人工棲息地的運(yùn)轉(zhuǎn)。另一些則重新回到了野外：超過30萬只波多黎各鳳頭蟾蜍（Puerto Rican crested toadlets）已被放生到了原本的島嶼，數(shù)百只澳洲北部夜宴蛙也回到了屬于它們的亞高山沼澤地。Silla在研究過程中培育的所有澳洲北部夜宴蛙都被放生了，對此她感到十分自豪：“我很激動(dòng)，這不僅是基于實(shí)驗(yàn)室的研究，而且是真實(shí)的保護(hù)行動(dòng)?！?/span>

波多黎各鳳頭蟾蜍。

波多黎各鳳頭蟾蜍。（圖片來源：維基百科）

本站是提供個(gè)人知識(shí)管理的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)空間，所有內(nèi)容均由用戶發(fā)布，不代表本站觀點(diǎn)。請注意甄別內(nèi)容中的聯(lián)系方式、誘導(dǎo)購買等信息，謹(jǐn)防詐騙。如發(fā)現(xiàn)有害或侵權(quán)內(nèi)容，請點(diǎn)擊一鍵舉報(bào)。

轉(zhuǎn)藏 分享

QQ空間 QQ好友新浪微博微信

獻(xiàn)花（0） +1

來自：頤源書屋 > 《大自然》

舉報(bào)/認(rèn)領(lǐng)