保護(hù)大熊貓，更是保護(hù)生態(tài)系統(tǒng) | 圖源：pixabay.com

導(dǎo)  讀

一周前，國(guó)家林業(yè)和草原局、國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)聯(lián)合印發(fā)的《“十四五” 林業(yè)草原保護(hù)發(fā)展規(guī)劃綱要》提出，我國(guó)將高質(zhì)量建設(shè)國(guó)家公園，構(gòu)建以國(guó)家公園為主體的自然保護(hù)地體系，十個(gè)試點(diǎn)中的兩個(gè)圍繞重點(diǎn)物種，分別是東北虎豹和大熊貓。

而在今年7月，生態(tài)環(huán)境部自然生態(tài)保護(hù)司剛剛官宣，中國(guó)大熊貓受威脅程度從 “瀕?！?降為 “易?！?。那么，為何大熊貓還將在我國(guó)生物多樣性保護(hù)中扮演重要角色？什么樣的保護(hù)政策才是 “基于科學(xué)” 的？

本文將結(jié)合生理學(xué)、行為學(xué)、生態(tài)學(xué)和遺傳學(xué)方面的研究，介紹大熊貓?zhí)厥獾倪m應(yīng)性，以及它們?cè)谖覈?guó)動(dòng)物保護(hù)領(lǐng)域的重要意義。

撰文 | 吳蕾

責(zé)編 | 馮灝

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演化的 “死胡同”？

在新中國(guó)成立以來的生態(tài)保護(hù)歷史中，大熊貓一直占據(jù)獨(dú)特地位，甚至說其引領(lǐng)動(dòng)物保護(hù)運(yùn)動(dòng)也不為過。早在1957年，生物學(xué)家忻介六就曾著文指出，稀有的本地物種可以作為重要的自然名片，為中國(guó)的自然財(cái)富添磚加瓦。

但與此同時(shí)，保護(hù)界也有觀點(diǎn)認(rèn)為，大熊貓已經(jīng)走上了 “演化的死胡同”，滅絕的命運(yùn)早已注定。2009年，英國(guó)自然主義者克里斯·帕卡姆聲稱，“這個(gè)物種（指大熊貓）已經(jīng)走上了演化的死胡同……不如放手，讓它們帶著尊嚴(yán)離開這個(gè)世界?！?/span> [24]

誠(chéng)然，物種滅絕事件在漫長(zhǎng)的生命史詩中并不罕見。地質(zhì)變動(dòng)、氣候變遷等都有可能導(dǎo)致原本繁榮昌盛的生命王國(guó)在頃刻覆滅，廢墟之中，又總會(huì)有幸存者逐步繁衍壯大，讓這顆星球保持生機(jī)與活力。在這一語境下，如果一個(gè)物種早已無法適應(yīng)當(dāng)今環(huán)境，任由它們自然發(fā)展，是否也可稱為人與自然“和諧相處”的一種方式呢？

中科院動(dòng)物研究所的研究團(tuán)隊(duì)在2015年發(fā)表于《分子生物學(xué)與進(jìn)化》的論文 [3] 中明確地反駁了這一論述，論文指出，在形態(tài)、行為、遺傳、乃至腸道菌群等各個(gè)方面，大熊貓都演化出獨(dú)特的適應(yīng)性。

俗話說，民以食為天——對(duì)動(dòng)物而言也是一樣，食性在很大程度上決定了動(dòng)物的特征。具體到大熊貓，雖然身為熊科捕獵者中的一員，大熊貓卻優(yōu)雅地做起了一個(gè) “素食主義者”，在保留食肉能力的同時(shí)，食物構(gòu)成幾乎完全來源于竹子。[4]

竹子的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值遠(yuǎn)不及肉類，纖維素、半纖維素、木質(zhì)素占比70-80%，剩下的20-30%才是蛋白質(zhì)、可溶性糖和脂肪 [4]。大熊貓擁有典型的食肉動(dòng)物消化系統(tǒng)，基因組中也不具有編碼纖維素和半纖維素相關(guān)消化酶的基因 [5]。因此，按理說，特化的竹食食性對(duì)大熊貓來說會(huì)是一個(gè)不小的挑戰(zhàn)。

但上述研究表明，大熊貓能夠利用竹類食物中75-90%的蛋白質(zhì)、27%的半纖維素和8%的纖維素 [6]。而且它們的食性轉(zhuǎn)換大約發(fā)生在晚上新世或早更新世，也就是說，這種特化的食性已經(jīng)伴隨了它們兩百萬年之久 [7]。

大熊貓腕部的籽骨凸起形成了 “偽拇指”（上圖A），可與五指對(duì)握，有助于它們?cè)谶M(jìn)食過程中抓取竹子。與熊科同類相比，它們的頭骨更為致密，矢狀脊和下頜骨更為發(fā)達(dá)（上圖B、C）。這些結(jié)構(gòu)為附著更強(qiáng)壯的咀嚼肌提供了支撐，賦予了大熊貓更強(qiáng)大的咬合力。而且，大熊貓的牙齒更大而且扁平（上圖D），復(fù)雜的牙冠結(jié)構(gòu)有助于有效地壓碎并咀嚼竹子。

經(jīng)過漫長(zhǎng)的演化，大熊貓也已經(jīng)形成了最優(yōu)化的覓食和能量利用策略。研究表明，大熊貓其實(shí)很 “挑食”，在取食時(shí)更偏好營(yíng)養(yǎng)最豐富的竹筍、嫩葉和一年生的竹子。[4] 不同地區(qū)的大熊貓偏好也略有不同，例如在涼山的國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)，大熊貓喜食大葉筇竹和白背玉山竹，而不選擇營(yíng)養(yǎng)價(jià)值相對(duì)更低的刺竹。[1] 

由于竹子所能提供的能量較低，大熊貓每天消耗大量食物以提高營(yíng)養(yǎng)和能量攝入。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，大熊貓每天可進(jìn)食10-18公斤的葉莖或38公斤的嫩枝 [4]。與此同時(shí)，大熊貓的能量消耗也優(yōu)化到了一個(gè)較低的水平，很少進(jìn)行長(zhǎng)距離活動(dòng) [1]。平均來看，它們每天的活動(dòng)距離僅300-500米，且大約40%的時(shí)間都在休息。[4, 8]

作為生命信息的載體，大熊貓的基因組中銘刻了它們進(jìn)化歷史留下的痕跡。鮮味受體是一類感知肉類和其他富含蛋白質(zhì)食物的味覺受體，然而大熊貓的鮮味受體基因TAS1R1卻發(fā)生了變異，使得此基因失去了功能。[5] 無法感知肉類的鮮味，也許與大熊貓的食性轉(zhuǎn)換有關(guān)。另外，大熊貓秦嶺種群的苦味受體基因TAS2R49和TAS2R3存在正選擇信號(hào)，可能與當(dāng)?shù)厥澄镏泻休^多的苦味物質(zhì)（例如生物堿）有關(guān)。[9]

大熊貓的基因組中并不包含消化纖維素和半纖維素相關(guān)的基因，那么，它們是如何消化竹子的呢？科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，腸道菌群在其中扮演了至關(guān)重要的角色。大熊貓的腸道菌群中，占比較多的兩個(gè)細(xì)菌類群都可以消化纖維素；腸道菌群的宏基因組中也含有編碼纖維素酶、β-葡萄糖苷酶等消化酶的基因 [10]。這些證據(jù)表明，大熊貓具有特化的腸道菌群來幫助它們消化、利用竹子中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。

綜合以上的證據(jù)不難得出結(jié)論，特化的竹食食性并不會(huì)使得大熊貓這個(gè)肉食物種走向 “死胡同”。恰恰相反，大熊貓已經(jīng)全方位地適應(yīng)了竹食食性。

不可忽視的一點(diǎn)是，圈養(yǎng)大熊貓的確表現(xiàn)出發(fā)情率低、受孕率低、幼崽死亡率高的特點(diǎn)。[13] 然而，野生種群的表現(xiàn)則完全不同。野生狀態(tài)下，雌性大熊貓?jiān)?.5歲時(shí)達(dá)到性成熟，每年的繁殖率約為62.5% [14]，幼崽的成活率也很高 [15]。例如，大熊貓嬌嬌一生共生育了6個(gè)幼崽，表明該物種在野生狀態(tài)下具有很高的繁殖潛能。

因此，多方證據(jù)都表明，大熊貓成為熊科中的 “異類”，并不代表它們就走上了 “演化的死胡同”。恰恰相反，大熊貓走過漫長(zhǎng)的演化之路，已經(jīng)高度適應(yīng)了它們的特殊食性和生活環(huán)境。

大熊貓為什么這么“懶”？

所謂好吃懶做，除了一直在吃，大熊貓好像總是一副懶懶的樣子。前文中提到，平均來看，野生大熊貓每天的活動(dòng)距離不超過500米，且大部分時(shí)間都在休息 [4, 8]。那么，“懶” 背后的秘密又是什么呢？

事實(shí)上，由于竹子能夠提供的能量有限，大熊貓的能量代謝也需要維持在一個(gè)較低的水平，這樣才能保證每日的能量平衡。

2015年發(fā)表于《科學(xué)》雜志的研究 [16] 中，中科院動(dòng)物研究所、北京市動(dòng)物園和阿伯丁大學(xué)的研究者合作對(duì)大熊貓維持低能量代謝的機(jī)制進(jìn)行了研究。研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，大熊貓的每日能量消耗（daily energy expenditure，DEE）僅為同體重陸生哺乳動(dòng)物的37.7%，甚至低于考拉和針鼴，與褐喉樹懶相當(dāng)，僅高于澳大利亞白尾鼠和荒漠鼴。據(jù)估算，一只體重90公斤的大熊貓的代謝水平還不及同體重人類的一半。[1]

一般而言，動(dòng)物可以通過行為、形態(tài)和生理方面來降低能量的消耗，大熊貓也不例外。

首先，大熊貓具有很厚的毛皮，這樣可以降低它們熱量的耗散。測(cè)量發(fā)現(xiàn)，盡管同為黑白相間的動(dòng)物，大熊貓?bào)w表的溫度明顯低于斑馬、奶牛和斑點(diǎn)狗。其次，大熊貓也可以通過降低體力活動(dòng)的時(shí)間和強(qiáng)度來減少能量消耗。野外觀測(cè)數(shù)據(jù)表明，大熊貓每天僅49%的時(shí)間進(jìn)行活動(dòng)，平均移動(dòng)速度每小時(shí)才26.9米。研究者還發(fā)現(xiàn)，大熊貓的一些高能耗器官（例如大腦、肝臟和腎臟）的能量消耗都低于同體重的其他獸類。

除此以外，大熊貓的甲狀腺激素水平也低于同體重的預(yù)期值。基因組比較的結(jié)果表明，大熊貓的雙氧化酶2基因（DUOX2）內(nèi)部存在一個(gè)無義突變，將導(dǎo)致蛋白質(zhì)翻譯過程提前終止。DUOX2 參與甲狀腺激素的合成，而甲狀腺激素是促進(jìn)生長(zhǎng)發(fā)育、調(diào)節(jié)新陳代謝的關(guān)鍵激素。[17] 因此，此基因的突變極有可能與大熊貓的一系列生理和行為改變有關(guān)。

承接上述研究，《國(guó)家科學(xué)評(píng)論》的最新研究 [18] 表明，DUOX2發(fā)生變異可能是大熊貓變 “懶” 的關(guān)鍵誘因。研究團(tuán)隊(duì)采用基因編輯技術(shù)構(gòu)建了DUOX2 突變型小鼠，用以分析此突變?cè)趥€(gè)體和器官水平的影響。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，DUOX2 突變型小鼠的體型更小、每日能量消耗更低，并且每天的食物攝入和移動(dòng)距離也明顯更低。純合突變小鼠的腎臟、大腦、脾臟、肺等器官變得更小，腸道菌群的構(gòu)成也與其他小鼠明顯不同。這些生理和行為的改變與大熊貓的低能耗特征不謀而合，證明DUOX2 突變?cè)诖笮茇埖难莼^程中發(fā)揮了重要的作用。

一個(gè)核苷酸的變異，足以引起大熊貓?jiān)谏砗托袨榈确矫娓淖?，進(jìn)而與素食主義食性相適應(yīng)。換句話說，大熊貓的 “懶”，其實(shí)凝結(jié)著自然界的生存智慧。

保護(hù)大熊貓，更是保護(hù)生態(tài)系統(tǒng)

為了讓這樣一個(gè)特殊的物種在綠水青山中常在，我國(guó)已建立了67個(gè)大熊貓自然保護(hù)區(qū)，覆蓋其棲息地約55%，建設(shè)中的大熊貓國(guó)家公園將保護(hù)85%以上的大熊貓種群。[1] 

據(jù)2021年7月生態(tài)環(huán)境部的消息，大熊貓野外種群數(shù)量達(dá)到1800多只，受威脅程度由 “瀕?！?降為 “易危”，引起廣泛討論。事實(shí)上，早在2016年，世界自然保護(hù)聯(lián)盟就已經(jīng)下調(diào)了大熊貓的受威脅程度 [1, 2]；但我國(guó)結(jié)合當(dāng)時(shí)的實(shí)際情況，并未調(diào)整國(guó)內(nèi)大熊貓的保護(hù)級(jí)別。

據(jù)生態(tài)環(huán)境部相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹，今年的調(diào)整是經(jīng)過多年野外調(diào)查的結(jié)果：大熊貓野外種群數(shù)量上升，受威脅程度下調(diào)，是我國(guó)野生動(dòng)物保護(hù)事業(yè)的里程碑事件。1974年到2014年間，我國(guó)先后進(jìn)行了4次大熊貓種群數(shù)量調(diào)查，調(diào)查結(jié)果分別為2459只、1114只、1596只和1864只，呈現(xiàn)出先下降后增長(zhǎng)的趨勢(shì) [1] 。僅從數(shù)量上來看，大熊貓的野外種群數(shù)量已經(jīng)超過 “瀕?！?的上限（250只）。

中國(guó)科學(xué)院動(dòng)物研究所研究員、中國(guó)國(guó)科學(xué)院院士魏輔文在接受《知識(shí)分子》采訪時(shí)說，“降級(jí)并不代表大熊貓不重要，而是對(duì)大熊貓保護(hù)工作的充分肯定。大熊貓保護(hù)工作為世界的野生動(dòng)物保護(hù)提供了一個(gè)成功的案例?！?/span>

國(guó)家林業(yè)局已經(jīng)表示，如果降低其保護(hù)等級(jí)，保護(hù)工作出現(xiàn)怠慢和松懈，大熊貓種群和棲息地都將遭到不可逆的損失和破壞，已取得的保護(hù)成就會(huì)喪失，特別是部分局域小種群隨時(shí)可能滅絕 [23]。因此，為了不讓大熊貓重回 “瀕?！保袊?guó)政府和保護(hù)工作相關(guān)人員需要對(duì)熊貓保護(hù)事業(yè)持續(xù)關(guān)注 [2]。

這里的關(guān)鍵問題是保護(hù)工作的投入與產(chǎn)出比。由于現(xiàn)實(shí)條件的掣肘，想要對(duì)生物多樣性進(jìn)行全面的管理和監(jiān)測(cè)是十分困難的。不過生物之間通常都構(gòu)成復(fù)雜的依存關(guān)系，因此，圍繞少數(shù)重點(diǎn)目標(biāo)開展保護(hù)工作同時(shí)惠及與之相關(guān)的生物及生態(tài)系統(tǒng)，效率最高。

這種“重點(diǎn)目標(biāo)”可以分為兩類：旗艦物種——廣受人們喜愛，能夠吸引社會(huì)各方關(guān)注保護(hù)事業(yè)；傘護(hù)物種——在分布區(qū)內(nèi)能與大多數(shù)物種共存，因此其他物種也能在其庇護(hù)下得到有效的保護(hù)。而我們的國(guó)寶大熊貓，便兼具了旗艦物種和傘護(hù)物種的特性。[19]

大熊貓分布區(qū)與我國(guó)特有森林哺乳類、鳥類、兩棲類分布區(qū)的關(guān)系。a-c表示物種豐富度，d-f表示分布熱點(diǎn)地區(qū)，g為保護(hù)區(qū)分布，h為三個(gè)類群多樣性熱點(diǎn)的重疊區(qū)，i為熱點(diǎn)地區(qū)與大熊貓分布區(qū)的關(guān)系 | 圖源：文獻(xiàn)[20]

研究顯示，大熊貓棲息地分布區(qū)超96%與我國(guó)森林鳥類、哺乳動(dòng)物和兩棲動(dòng)物分布最豐富的區(qū)域重疊 [20]。大熊貓分布區(qū)中包含了6個(gè)珍稀瀕危物種豐富度熱點(diǎn)地區(qū)，其中包含4312平方公里的珍稀瀕危物種熱點(diǎn)區(qū)域和5456平方公里的中國(guó)特有珍稀瀕危物種熱點(diǎn)區(qū)域。與大熊貓的分布區(qū)存在重疊的物種包含210種珍稀瀕危物種，以及94種中國(guó)特有珍稀瀕危物種[21]。因此，以大熊貓為重點(diǎn)的保護(hù)工作，同時(shí)也能惠及很多其他珍稀瀕危物種。

除了生物多樣性之外，大熊貓保護(hù)區(qū)還具有極高的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值。所謂生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，指的是人類能夠從生態(tài)系統(tǒng)中獲得的所有收益，可分為供應(yīng)服務(wù)（食物、飲用水、木材等）、管理服務(wù)（二氧化碳吸收、蜜蜂為作物授粉等）、文化服務(wù)（藝術(shù)、文學(xué)創(chuàng)作等）、支持服務(wù)（光合作用、水循環(huán)等）四類 [22]。中科院動(dòng)物研究所的研究團(tuán)隊(duì)對(duì)大熊貓保護(hù)區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值進(jìn)行了計(jì)算：據(jù)估計(jì)，2010年大熊貓及其保護(hù)區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值在26億至69億美元/年之間，是投入成本的10-27倍 [19]。因此，大熊貓保護(hù)工作是一個(gè)投入產(chǎn)出比很高的事業(yè)。

“每個(gè)物種都應(yīng)該有“生”與“死”的過程， 但這只是意味著譜系的延續(xù)，而不是演化的終結(jié)，這個(gè)過程比起人類的歷史要長(zhǎng)得多”，中國(guó)科學(xué)院院士陳宜瑜在《野生大熊貓科學(xué)探秘》一書的序言中指出，在漫長(zhǎng)的演化歷史當(dāng)中，大熊貓為了生存做出了最大程度的努力，它們不斷改變、不斷適應(yīng)新的環(huán)境，在同時(shí)期其他物種被環(huán)境所淘汰的情況下大熊貓一路走到今天。

“保護(hù)大熊貓，不僅僅是保護(hù)大熊貓本身，而是保護(hù)大熊貓賴以生存的生態(tài)系統(tǒng)”，魏輔文說。