面對大規模獵殺、投毒都無法消除的入侵物種，科學家將啟用基因武器

自從達爾文登上加拉帕戈斯群島起，這裡便成了生物學的一片聖地。但是外來物種的瘋狂入侵，卻讓這裡陷入了困境。無論是典型的熔岩蜥蜴、查爾斯嘲鶇還是加拉帕戈斯象龜都面臨滅絕，甚至有的已經滅絕。

為了改變這種局面，科學家一遍遍地播撒毒藥，甚至是用步槍來清除有害的入侵物種，卻也傷害到了其他動物。為了更精準地對付入侵物種，科學家想到了基因編輯技術，希望通過改變遺傳特性，使入侵物種滅絕。

撰文 | 斯蒂芬·霍爾（Stephen Hall）

翻譯 | 高天羽

1835年9月25日，就在皇家「小獵犬」號在加拉帕戈斯群島逗留期間，達爾文第一次踏上了當時還叫「查爾斯島」（Charles Island）的島嶼。他發現這裡有一個200到300人組成的居民群落，幾乎每個人都是在一次政變失敗之後，被所謂的「赤道共和國」（Repuclic of the Equator）驅逐到這裡的政治犯。達爾文對島上的低地沒有多大興趣，只看見了「光禿禿的灌木叢」，但是向島嶼中央跋涉四英里（約6.4公里）後，他爬上了地勢較高的一處貧民聚居區，在那裡，他發現了一片「鬱鬱蔥蔥的綠色植被」（包括香蕉和甘薯）。那裡的島民「雖然抱怨貧窮，卻能不費力氣就得到基本的生存物資」，因為在這些島上，徘徊著數萬隻象龜。達爾文又多添了一句：「森林裡還有許多野豬和野山羊。」

達爾文乘坐的「小獵犬」號考察船。繪圖：R. T. Pritchett

2017年8月25日早晨，敏捷的卡爾·坎貝爾（Karl Campbell）跳下一艘雙發動機的摩托艇，站到了這座不起眼的小島的碼頭上。現在這座島已經改名叫「弗雷里安納島」（Floreana），島上共有144位居民，比達爾文來時少了一半。

坎貝爾是澳大利亞人，今年42歲，在加拉帕戈斯群島已經生活了20年，坎貝爾在澳大利亞昆士蘭大學拿的博士學位，專業是有害脊椎動物管理。2006年，他開始以消除有害動物專家的身份，為總部設在加利福尼亞州聖克魯斯的「島嶼保護」（Island Conservation）組織服務。這個組織的目標是在全世界的島嶼消滅入侵物種，保護生物多樣性，防止本地物種滅絕。坎貝爾從1997年就在加拉帕戈斯群島上從事物種清除工作，2006年他又參與了一個項目，希望清除弗雷里安納島上所有野山羊和野驢。十年後的今天，坎貝爾已經是島嶼保護組織的項目經理，他將再次代表組織在弗雷里安納島上實現最宏偉的抱負：消滅島上的每一隻大鼠和小鼠。

坎貝爾說，他們會整理一張清單，列出需要立即行動，避免當地物種滅絕的島嶼。」而在這張清單上第一位的，就是弗雷里安納島。

「在整個加拉帕戈斯群島中，弗雷里安納島的地方性流行率（endemicity rate）是其中最高的之一；因為有入侵物種，本土物種的滅絕率是最高的；而且，直到今天為止，島上的極危物種率也是最高的。所以，選擇這個地方不僅僅是因為它屬於加拉帕戈斯群島，還因為這裡是全世界保護級別最高的地方。」坎貝爾介紹道。

利用目前的清除工具，弗雷里安納島的保護計劃已經撐到了極限。這個島面積很大（172.53平方千米），島上還有居民。這使滅殺任務變得尤其複雜，因為工作人員要向居民解釋整個計劃的後勤部署和可能的後果——其中重要的一項，是在島上各處傾倒400噸鼠藥。這就是為什麼自2002年起，坎貝爾和他的同事，比如卡羅琳娜·托雷斯（Carolina Torres）和格洛麗亞·薩爾瓦多（Gloria Salvador）幾乎每個月都要來島上走訪的原因。他們一方面向他們描述未來的計劃，一方面也需要和他們商討用什麼複雜的步驟來保護這裡的成人、孩子、家畜、水和瀕危動物不受毒藥的危害。

這樣的清除行動幾乎要求軍事級別的後勤保障和精確度，這也是為什麼坎貝爾要急於在目前這個呆板的清除手段之外另找新的辦法。他的心裡已經有了一種特別誘人的方案，那是一種還有爭議的操作方式——「基因驅動」（gene drive）。他表示，和弗雷里安納這個每天令他沮喪的項目相比，這項新技術就好像《哈利·波特》里飛出的一根魔杖。

要在島嶼保護中運用基因驅動，最基本的策略是用先進的基因編輯技術CRISPR或其他基因操作工具修改小鼠的DNA，使它們的性別遺傳比例出現偏差。舉個例子，我們可以令小鼠產下的後代全是雄性，最終創造出一個沒有雌性的種群。而一旦沒有雌性，這個入侵物種在繁殖上就只有死路一條了。雖然目前看來，基因驅動還遠談不上是一項實用的技術，但島嶼保護組織已經開始和美國以及澳大利亞的分子生物學家聯手，共同創造這種轉基因小鼠了。

坎貝爾首先確認了加拉帕戈斯群島不會成為最早開展基因驅動實地測試的地點，也不會是最佳的地點。但是，要觀察基因驅動在物種保護中的正反作用，這座群島的確是首選。假如國際社會真的認為加拉帕戈斯群島的生物多樣性值得保存和保護（聯合國教科文組織已將群島列入第一批世界遺產，表示了對其價值的認可），那就必須認識到清除入侵物種過程中的複雜性和矛盾，在這項事業中，將局部地區的某些動物消滅是合理合法的，因為這才能使別的物種受益，尤其使人類受益。就像坎貝爾喜歡指出的那樣：「大家來加拉帕戈斯，不是來看老鼠、山羊和貓的。」　

入侵的尖牙和利爪

一說起加拉帕戈斯群島，大眾就不由想到和諧的生態以及古樸而激動人心的生物多樣性，然而現實卻有些不同。是的，那些巨大的象龜是會看得人目瞪口呆，可是，曾經在弗雷里安納島的高地上爬行的數千隻象龜，現在卻只剩下二十多隻了。不僅如此，它們還全是從別的島嶼進口的，因為弗雷里安納島本地的象龜已經滅絕了。是的，那些無畏的雀鳥的確漂亮迷人，然而達爾文觀察的查爾斯嘲鶇（Floreana mockingbird）卻在1880年左右就從島上消失了，它是島上局部滅絕的13個物種之一。還有，從羅貝利亞島海灘（La Lobería Beach）上懶洋洋游進水裡的海龜的確壯麗，然而它們產下的卵已經被捕獵者無情地掠走。所有這些標誌性的加拉帕戈斯物種，都已經受到了入侵物種的威脅。

加拉帕戈斯是一座籠罩著陰影的樂園，而且這陰影已經存在了很長時間，也許從1535年巴拿馬主教托馬斯·德貝蘭加（Tomás de Berlanga）偏離航線發現群島開始，陰影就出現了。最早入侵群島的哺乳動物也許是十七世紀頻繁在這裡登陸的海盜，他們的後面還跟著18世紀捕鯨船上的水手。就是這些水手帶來了一艘邪惡的方舟，載著一船可恨的哺乳動物來到了一群數百萬年來極少受到打攪的島嶼。

在達爾文到來之前三年，在弗雷里安納島上立足的入侵物種就能裝滿一座動物園了。據科學文獻記載，許多物種的最早入侵年份都是1832年，這絕非偶然。因為正是在這一年，加拉帕戈斯群島的第一任總督何塞·德·比利亞米爾將軍（José de Villamil）到弗雷里安納島建立了根據地。他帶來了一切——山羊、驢子、奶牛、騾子、馬匹、狗、豬、老鼠。在19世紀，群島中的其他島嶼也引進了類似的動物，這對當地動植物造成了毀滅性打擊。比利亞米爾帶來了騾子和驢子，好把象龜從高地上拖運下來。達爾文來時寫道，剛剛有一艘到訪弗雷里安納島的海船，一天就裝走了200隻象龜（據達爾文的記載，還有的船隻一次就裝走了700隻）。

入侵的哺乳動物以直接或間接的方式蹂躪島上的生態系統。驢子在地上打滾清潔身體時壓碎了象龜蛋。野貓吃掉了海鳥的雛鳥，還把熔岩蜥蜴（lava lizard）的幼崽當作零食，小鼠也是如此。野山羊像電動剃刀般啃食當地的植被，吃光了千百年來供養象龜種群的糧食，也為番石榴之類的入侵物種掃清道路，讓它們長滿了高地。在弗雷里安納島上，因為入侵物種而滅絕的生物有13種之多。超過750種外來植物和將近500種外來昆蟲在群島上扎了根。雖然加拉帕戈斯群島仍是向全世界展示演化的一間課堂，但它也在提醒我們：自然並不是靜止的，為了保存自然，有時必須改變自然。

在這一波波入侵中，人類同樣不能免責，他們的破壞也同樣與日俱增。1984年，群島中的129個大小島嶼只有5個有人居住，居民總數僅6000人，到今天這個數字已經超過了3萬。那麼遊客呢？30年前，每年的遊客人數是2萬人，到2016年已經上升到了21.8萬。當越來越多的遊人來到加拉帕戈斯驚嘆當地的生物多樣性時，這裡的生物多樣性卻越來越多地受到入侵物種的威脅。

1971年，管理著群島97％土地的加拉帕戈斯國家公園管理局（Galápagos National Park Service）首次嘗試在平塔島上清除山羊，結果這次人手不足的行動證明了一句諺語：「99％的成功等於100％的失敗」。據參加過多次清除行動的前加拉帕戈斯國家公園管理局官員維克多·卡里翁（Victor Carrion）回憶，經過這次清除行動，島上的山羊只剩下了10隻。然而短短10年之內，這個數字就重新爬升到了2000隻。

到20世紀90年代晚期，加拉帕戈斯國家公園管理局開始設計更加有效的清除計劃。大概就在這時候，正在思考人生方向的22歲青年坎貝爾來到了群島上。1997年8月，他在伊莎貝拉島上當了一名山羊清除志願者。過了不到10年，他就在世界上最有抱負、也最有爭議的幾個島嶼清除項目中扮演領袖角色了。

屠殺現場

「清除」是對一項醜陋活動的委婉說法。2004年，加拉帕戈斯國家公園管理局和查爾斯·達爾文基金會（Charles Darwin Foundation）發起了一個更加系統化的項目，希望再清除群島中的最大島嶼伊莎貝拉島北部無人區的山羊。他們調來兩架直升機做空中狩獵，每架直升機上坐兩三名獵手，朝下方的山羊射擊，使用的武器是12號半自動霰彈槍和點233口徑AR-15半自動步槍。第一輪空中掃蕩之後，再由地面獵人帶著特殊訓練的獵狗進入島上的密林深處，將之前的襲擊中倖存的山羊趕出來殺死。在2005年3月開始的最後階段中，清除隊伍還派出了大約700隻「瑪塔·哈里山羊」（瑪塔·哈里，20世紀初的法國脫衣舞星，後被發現是一名德國間諜）和「猶大山羊」（猶大，耶穌的十三門徒之一，後出賣耶穌）。

猶大山羊是佩戴了無線電遙測項圈的山羊。這些動物很喜歡熱鬧，於是獵人們就利用戴了項圈的山羊來尋找別的山羊。瑪塔·哈里山羊在這個基礎上又進了一步――這是一種母山羊，因為體內的激素植入物而始終處於發情期，因此會主動尋找並引誘公山羊。不用說，瑪塔·哈里山羊也不是在加拉帕戈斯群島自然演化出來的，而是坎貝爾訓練群島上的獵人，對母山羊做了野外手術——先結紮它們的輸卵管，終止一切妊娠，再塞入激素包裹，令它們始終性致高漲，然後給它們戴上安裝了無線電遙測發射器的項圈，以便追蹤。

在加拉帕戈斯群島，這些清除項目的規模依然是驚人的：聖地亞哥島上有79 579隻山羊被「移除」，平塔島上有41 683隻，聖克里斯托巴爾島上有7726隻。總數相加，13個島嶼「移除」的山羊達到了201 285隻。我敢打賭，當遊客蜂擁來到加拉帕戈斯度假，與海龜同游、觀賞傳奇的海鳥飛出優雅的弧線時，他們並不知道在過去20年中，為保護這裡著名的生物多樣性，那一座座海島已經變成了一片片殺場。

即便是一項不怎麼激烈的嚙齒類動物清除計劃，也顯示了傳統清除方法的艱難處境：2012年，加拉帕戈斯國家公園管理局與合作者聯手在無人小島平松島（Pinzón）上播撒了滅鼠藥溴鼠隆（brodifacoum），在這之前的幾十年里，島上象龜的卵和幼龜一直受到老鼠的侵害。這次清除行動相當成功，一個世紀以來，島上首次出現了大量新孵化的象龜。然而毒藥也進入了熔岩蜥蜴的體內，而蜥蜴又被瀕危物種加島鵟（Galápagos hawk）吃下，造成至少22隻加島鵟因溴鼠隆中毒身亡。甚至在投藥超過兩年之後，研究者仍在一隻貓頭鷹的屍體內檢出了濃度極高的溴鼠隆。

接著就要說到在加拉帕戈斯、可能也是在全世界最有抱負的一項島嶼清除計划了，弗雷里安納島的當地人簡單地稱之為「Proyecto」（計劃）。

公眾參與

美國科學院在最近的一份關於基因驅動的報告中反覆提到了一條準則，並且在過去四十年間的幾乎任何一份關於基因工程的白皮書中都提到了這條準則，那就是研究需要有「公眾參與」（public engagement）。但是這個冷冰冰的詞語無法涵蓋真實環境中的真實計劃所包含的熱情和複雜性。如果說一般而言的清除是困難的，那麼在有人居住的島嶼上開展清除就是難上加難了。

這個計劃會對當地人生活造成很大幹擾，因此他們的強烈情緒並不是毫無道理的。自2012年起，加拉帕戈斯群島當局就在和島嶼保護組織一同制定他們認為的迄今最複雜的計劃，在有人島嶼上開展清除行動。讓事情變得複雜的不僅是弗雷里安納島上好爭論的成年人，還有島上的孩子、寵物和家畜，以及瀕危的鳥類和熔岩蜥蜴。

我們來看看使用「傳統」手法開展清除的環境風險。為了從弗雷里安納島上清除每一隻大鼠和小鼠，清除項目組準備派幾架直升機投下約3.6億枚1克重（0.035盎司）的溴鼠隆藥丸，用坎貝爾的話來說，這「可以說是把整個島嶼都系統地粉刷了」――而且不僅是粉刷一遍，而是低地兩遍、高地三遍，整個投放行動歷時兩個月。為了將健康和環境風險減到最低，項目還要配備極詳細的防範措施。水源必須保護。兒童或許要從島上搬出六周。所有寵物要麼送走，要麼關進住宅或者籠子。大型牲畜，比如牛、豬和馬匹，都要關進畜欄，雞都要關進為項目特別建造的帶房頂的雞舍。棲息在和平避風港避難所的那些加拉帕戈斯象龜要暫時限制活動。空投藥物期間，那些瀕危鳥類也要用機關抓捕，然後關進特別建造的大型鳥舍里。

在空投無法到達的地方，如樓房、住宅或其他建築，清除隊伍則會放置捕鼠夾，並定點投放毒餌（每家每戶的每個毒餌投放點都要詳細說明，島嶼保護組織的律師卡羅琳娜·托雷斯正在為每一戶家庭起草一份書面協議）。「只要留下一隻懷孕的雌鼠，或者有一塊沒有覆蓋的區域，計劃都算失敗了。」坎貝爾說，「你必須進入每一座建築、每一戶人家、爬進每一塊地板下方的儲藏區域、每一間壁櫥和每一隻冰箱底部，去這些地方追殺每一隻老鼠。」

總部設在美國加利福尼亞州的島嶼保護組織（Island Conservation）正在幫助厄瓜多政府制定計劃，將所有大鼠和小鼠從弗雷里安納島上清除，那是加拉帕戈斯群島中的一座有人居住的大型島嶼。

坎貝爾表示，雖然最初有所顧慮，但在看到入侵的嚙齒類動物對作物造成的破壞後，弗雷里安納島上的大多數居民最終都接受了清除計劃。目前計劃仍需得到加拉帕戈斯當局的最後批准。他認為如果當初經費及時到位，「計劃」本可以在今年實施的。「計劃」的總成本預計為2000萬美元，但是由於資金上的一點小問題，它至少要拖到2020年，坎貝爾估計，每延後一年，成本就會增加100萬美元。

落實一個這樣複雜的計劃就好像管理一個生態系統――其中有監管的板塊、公共參與的板塊、物流的板塊、資金的板塊、毒藥緩解的板塊，樣樣都要平衡。這就是為什麼坎貝爾認為弗雷里安納項目已經將傳統清除手段的潛能「用盡了」的原因。這也是為什麼他會不止一次地重申：「如果我們使用基因驅動技術，和島民的對話就不會那麼複雜，解決方案也會實際得多。」

改造基因？

2016年，島嶼保護組織和其他幾個國際團體聯手發起了「對入侵嚙齒類動物的遺傳學生物防治」項目（Genetic Biocontrol of Invasive Rodents，簡稱GBIRd）。為保護島嶼生態系統，參與GBIRd的科學家對幾種遺傳學工具做了「謹慎的調查」。CRISPR的出現為各種生物防治行動提供了有別於清除的另一種手段。2016年7月，美國國防部高級研究計劃局（Defense Advanced Research Projects Agency）向GBIRd撥款320萬美元，專門研究在島嶼上清除小鼠，為這些防治行動提供了支持。

基因驅動是一個新概念，對於那些聽著孟德爾豌豆實驗、基因從親到子代隨機遺傳長大的人來說，這也是一個違反直覺的概念。一般來說，你從父母一方遺傳某個基因的概率是50％。然而在罕見的情況下，某些基因卻會格外受到偏愛，或者說格外「自私」――它們遺傳給下一代的幾率要遠遠高於隨機分配的概率。比如小鼠的17號染色體上就有這樣的一個基因（嚴格地說是基因組的一個片段），它名叫「T-複合體」（T-complex），遺傳率高達95％。從理論上說，它可以被當作「放大器」，使另一個基因在種群中快速擴散。

以物種清除為例，研究者在理論上可以讓另一個基因搭上T-複合體的便車，由此將第二個性狀帶到大多數子代中。比如，小鼠基因SRY是專門決定雄性性別的，只要將它與T-複合體連接，就能在每一代中創造越來越多的雄性（以及越來越少的雌性），直到創造出一個完全沒有雌性的小鼠種群。基因驅動的一個基本要求是目標動物的代際時間要短，而小鼠從出生到性成熟的時間僅為10周，顯然符合這個要求。如果能操縱實驗室里的一隻小鼠傳播一個目標基因，比如讓它生下單一性別的後代；又如果這些小鼠到了野外也能成功繁殖，那這個基因就可以快速注入一個種群了。

目前在得克薩斯農工大學工作的思雷德吉爾卻已經在小鼠身上運用這個策略了。這個所謂的「無女兒品種」（daughterless breed）能夠徹底消滅某地的小鼠種群，同時不會毒害環境，不必將家畜送到別處，也沒有像弗雷里安納項目那樣的物流噩夢。澳大利亞阿德萊德大學的生物學教授保羅·托馬斯（Paul Thomas）一直在研究用基因編輯工具CRISPR抑制小鼠體內和雌性生育力有關的基因，用這個方法可以創造出一個雌性完全不育的種群。

物種清除是一項富有爭議的活動，而轉基因技術的爭議更大。2017年9月，珍·古道爾（Jane Goodall）、弗里喬夫·卡普拉（Fritjof Capra）和其他自然保護者發表了一封公開信，呼籲暫停這類研究。幾位簽名者還批評島嶼保護組織，說他們「得知有自然保護組織接受了專門的經費，正鼓吹將經過基因改造的生物放到野外，這很令人擔憂。」

反對者最怕的是出現「計劃外的結果」——也就是出乎意料的壞事。的確，就像美國科學院所說的那樣，基因驅動「可能對其他物種或生態系統產生有害影響」，光是這一點就值得我們謹慎開發。不過話說回來，在之前關於基因技術的公開辯論，比如上世紀70年代關於DNA重組的激戰中，懷疑者往往將誇大的恐慌當作合理的關注。

風險在暗處

每一次在加拉帕戈斯的漫步都是一次自然之旅，這裡的每一種生物都在講述一個自然保護的故事，有的結局圓滿，有的則不那麼圓滿。我們在弗雷里安納島上的最後一天，當坎貝爾的熱切眼神落在使這片土地備受鍾愛、也備受困擾的幾種動物身上時，有幾個故事拉開了帷幕。

吃早飯時，一隻仙人掌地雀（cactus finch）緩緩走上了我們的餐桌。它長著黑色和黃色的喙，看上去十分有力，坎貝爾解釋說，弗雷里安納島的本地仙人掌有又大又硬的種子，為了啄開它們，這些地雀的喙就在演化中變得越來越大、越來越強壯；而仙人掌為了挫敗偷獵者，也長出了越來越大、越來越硬的種子。這提醒我們，演化不是課本上的一個概念，而是正在發生的一個過程。片刻之後，坎貝爾看見一隻小鼠竄到了一塊火山岩後面。等我們用餐完畢時，又一個入侵物種出現了――一隻毛色黑亮的滑嘴犀鵑（smooth-billed ani）。這是一個典型的「計劃外的結果」，加拉帕戈斯的農民在20世紀60年代將這種鳥類引入，相信它能控制折磨牛群的蜱蟲（ticks），結果它不但辜負了農民的期望，而且大量繁殖，成了入侵物種。

接著，在羅貝利亞海灘上行走時，坎貝爾又指出了野貓在沙地上留下的新鮮足跡，它們會吃掉年幼的海鬣蜥和熔岩蜥蜴。「那些小傢伙根本逃不掉，」他說。快走到海灘盡頭時，他又指了指一根被咬斷的仙人掌枝條。他解釋說，仙人掌被嚙齒類動物咬壞了就無法開花結果，從而斷絕象龜和嘲鶇的一個重要食物來源，在旱季尤其如此。這還會讓地雀類失去築巢的場所。退潮了，我們停下腳步，觀賞幾隻暫時被困在潟湖裡的雄壯海龜。它們的卵和幼龜同樣是大鼠和貓的美食。

達爾文在20世紀的追隨者理查德·道金斯（Richard Dawkins）重述了詩人丁尼生的警句「自然，就是血紅的爪與牙」，用來形容自然選擇的黑暗面：大自然的遊戲並不總是優美的，像加拉帕戈斯這樣生態完美得足以繪上明信片的地方，也常常蘊藏著更加黑暗的一面，那裡甚少溫情，獵手和獵物之間的互動殘忍血腥。而這個互動的脆弱平衡又一再被人類打破，一時引進入侵物種，一時又用毒藥來補救這些考慮不周的行為。或許很快，我們就不得不考慮是否要採用先進的轉基因技術把島嶼恢復到一個更加古老純凈的狀態了。

目前我們還沒有適合的工具。但是如果有一天，分子生物學家真的掌握了基因驅動的威力，如果我們用它在加拉帕戈斯群島或任何別的島嶼上控制入侵生物，我們最好記住一點：在這個行星的天然演化實驗室中發生的所有生態學災難，幾乎都是出自人類之手。那些山羊、猴子、小鼠、貓、豬、騾子、小鼠，甚至那些短命的豹貓，都是借著人類的幫助，乘坐人類的船隻，通過人類的中介才來到島上的。

將近兩百年前，達爾文在日記中寫下了一段頗有反諷意味的話，直到今天仍在產生共鳴。他寫道，不像英格蘭的鳥類早已懂得人類不可信任，加拉帕戈斯群島的鳥類「還沒有學會這種有益健康的恐懼。」他接下來的一番話或許正好可以用來勸誡21世紀的科學和基因驅動技術：「我們可以從這些事實（指鳥類對人缺乏恐懼）中看出，在一個國家的動物演化出與外來者的技巧或力量相適應的本能之前，就貿然引入新的猛獸，會對這個國家造成怎樣的破壞。」

本文選自《環球科學》2018年1月刊