什麼是物種?序言

在難以計數的科普文章,新聞報道,和學術論文當中,都會提到關於物種(species)的概念。例如

「目前世界上有大約10000種的鳥類」,

世界鳥類資料庫?

avibase.bsc-eoc.org

「某課題組通過測序結束獲得完整基因組」,

SMRT測序技術打造高質量產能菌株麴黴菌基因組 - 生物通?

www.ebiotrade.com圖標

「古生物學家根據新發現的化石建立了一個恐龍的新種」。

中國發現1.61億年前的恐龍新物種,羽毛呈彩虹色?

www.sohu.com圖標

無論是生活中還是學術上,「物種」的概念都被非常廣泛的使用。去買菜的時候我們會覺得「草魚刺多,鯽魚適合清蒸」,計劃假期的時候可能會「三月看櫻花,九月看紅葉」,還有會有人思考大大小小形態各異的寵物狗是否是不同的物種,不同膚色的人為什麼會是一個物種等等問題。在知乎上,此類問題也非常多,列舉若干如下:

動物史上,存在兩個物種沒有生殖隔離且生出全新物種的情況嗎??

www.zhihu.com圖標狼和狗是同一物種嗎??

www.zhihu.com圖標各種不同品種的狗,外形差異巨大,他們還是同一個物種么?會有生殖隔離么??

www.zhihu.com圖標

「物種」(species)與「分類」(classification)這兩個概念由來已久但又模糊不清,在生物學中應用非常廣泛,是具有基石地位的概念,我甚至覺得是所有生物學研究的基礎。然而和其他的學科一樣,大量非常基礎的概念在被使用了很長一段時間之後才會被仔細的研究和定義,例如物理學中的「質量」,數學中的「數」,化學中的「化學鍵」等等。

在歷史上非常長的時間中,處於各種各樣的原因,這些基礎概念沒有被明確的定義或者解釋,與此同時我們卻在這些概念上搭建科學的大廈,有時候想想確實是一件很危險的事情。另一方面,越是簡單的概念就越是複雜,日常生活和一般的研究並不需要非常精確的定義,因此在很多情況下模糊不清的概念不會造成太大的問題。但是因為生活中沒有區分兩種接近的物種而搭上性命的例子也有,例如:

角太多可能是有毒莽草 買八角數一數角?

www.chinanews.com圖標韭菜?洋蔥?蒜薹?水仙?那當然是個美麗的誤會 | 日誌 | 果殼網 科技有意思?

www.guokr.com圖標

我相信大家在生活中都會有比較樸素的物種的概念,很多人也記住了高中生物書中的「生殖隔離是判斷物種的標準」這一說法,儘管在很多情況下這句話都沒什麼問題,但是也有很多就在我們身邊的反例。

狗現在被當做灰狼的一個亞種,其拉丁學名Canis lupus familiaris也可以體現狗事實上是灰狼中被人馴化的一支(或者幾支,對於現代狗的馴化發生了幾次學界還有爭議,不少學者認為超過一次),但是由於人為選育造成的強大選擇壓力,不同品種的狗客觀上,比如由於體型差異過大,無法交配產生後代。但是如果採取人工受精,大部分情況下還是可以產生可育後代。

品種繁多的狗狗,圖片來自網路

關於"成種事件(speciation)"還有一個典型的例子是俄羅斯科學家對於狐狸的馴化,在相當短的時間內狐狸就改變了很多形狀,變得和狗類似。具體的可以參考一下的報道(「如何馴養一隻狐狸並構建一條狗」)和相關問題:

How to Tame a Fox and Build a Dog?

www.americanscientist.org

人類為什麼沒有馴化狐狸??

www.zhihu.com圖標

不同物種之間的生殖隔離也常常被打破,動物園環境下的獅虎獸或者虎獅獸就是一個很好的例子。這種大型脊椎動物「違反」所謂的「物種定義」的例子在自然界中也有不少,可以參考以下鏈接(獅或虎與獅虎獸或虎獅獸雜交,標題嘛。。。。。。)

中國女獸醫秘造雜交怪獸 存在巨大倫理爭議?

tech.sina.com.cn圖標

幾種雉和雞之間的雜交

Hybridization & Zoogeographic Patterns in Pheasants?

digitalcommons.unl.edu

如果觀察在生殖方式上更加多樣的無脊椎動物和其他生物,就會發現很多情況下物種,分類,系統發育等概念都很難成立。

插一個比較有意思的小故事,去年在博物館聽課的時候,有一個哲學系來的同學,不知道是旁聽還是註冊了的,教授向所有人提了一個問題:「What』s the definition of species?(物種的定義是什麼?)」這個哥們起來反問教授:「What』s the definition of definition?(定義的定義是什麼?)」之後的一小時變得很歡樂,我非常確定肯定跑題了,之後上課也沒有再見過那個哥們。

對於大多數人來說,「物種」(species)只是生物學中的一個分類層級,甚至不是最小的,因為在物種之下還有亞種,品種,品系等等更小的單位;對很多研究人員來說,很多人甚至沒有意識到物種的概念在生物學中的地位就好像數學中的數,物理學中的質量和化學中的化學鍵。不同的研究人員在使用物種概念的時候常常會因為其模糊不清的特性造成誤會,而在不同生物學領域的研究中也存在交流的困難。

另一個例子,最近不少新聞都報道了最後一頭北方白犀牛的消失,不少媒體打著「物種的消失」的標題,這裡不得不提出來批判一番!首先,目前世界上還有白犀牛,而且數量還不少,只不過在地理分布上和已經消失的北方白犀牛不一樣,因此正確的說法是白犀牛這個物種的一個亞種(subspecies,或者北方種群population)滅絕了。然後至於野外滅絕和整體滅絕的區別也是應該注意的。(插播一個小知識,白犀牛的命名並不是因為它是白色,而是因為其較寬的吻部,是荷蘭語翻譯到英語中出現的錯誤)

肯亞:世上僅存雄性白犀牛被實施「安樂死」--國際--人民網?

world.people.com.cn圖標如何看待最後一頭北方白雄性白犀牛去世這件事??

www.zhihu.com圖標

儘管保護生物學在目前有著越來越重要的地位,在公眾面前的曝光率日益提高,但是如果缺乏物種的概念,我們保護的是什麼?如果白犀牛是北方白犀牛和南方白犀牛兩個物種,那麼現在已經滅絕了一個,但如果是一個物種,相應的保護政策和投入就會發生變化。

如果缺乏清晰的物種的概念,我們就無法描述演化中重要的「成種事件(speciation)」,那麼演化的概念就很難成立,相關的研究也就無從談起。本文的目的不在於給出一個清晰的,被大家公認的物種的概念,而是釐清現在常用的幾種關於物種的概念以及其中存在的缺陷,同時,在生物演化與系統發育的框架下討論物種這一概念的適用範圍,還會簡單說一下古生物學中的物種的概念。會分為一下幾個章節:

  1. 林奈與他之前:歷史中的分類學
  2. 我們命名的是什麼:物種的概念
  3. 樹與階梯:系統發育帶來的困難
  4. 古生物學的例子:有多少種恐龍
  5. 展望

最後,提幾個問題來一起討論,歡迎在評論中提出自己的觀點,方便大家討論,我在之後的幾個章節中會談一下我自己的觀點。

  1. 我們向宇宙中發射了一艘巨大的宇宙飛船,上面帶有生態循環系統,可以維持非常長的時間。同時,地球上發生了災難,我們無法再發射類似的飛船或者追蹤這艘飛船,飛船上的人得知消息後也決定不再返航,並且切斷與地球的聯繫。也就是說,以後地球上的人和飛船上的人發生了無法克服的隔離,那麼這個時候人是否可以算作兩個物種?
  2. 有一種生物,有著適應性極強的身體構造,因此在地質歷史上存在了很長的時間,同時根據已經發現的大量化石材料,這種生物的身體構造在以百萬年記的時間內幾乎沒有變化,那麼一百萬年前的一隻這種生物和一百萬年後的一隻這種生物是否是一個物種?
  3. 在不久的將來,基因技術突飛猛進,我們已經可以「復活」或者「製造」現在並不存在的脊椎動物,例如非鳥類恐龍,商業大亨也耗費巨資建成了侏羅紀公園。人們對復活了的霸王龍進行解剖,發現霸王龍的骨骼和已經發現的化石几乎沒有區別,那麼現在在侏羅紀公園中的霸王龍和白堊紀晚期的霸王龍是一個物種嗎?同時,科學家還「製造」出了一種與已經發現的恐龍都不同的恐龍,那麼這種新恐龍在演化樹上的地位在哪兒?

敬請關注下一章節:林奈與他之前:歷史中的分類學

最後扯句閑話,我的有些回答可能言辭比較激烈,損人但是絕對不罵人!收藏夾也是一個避免大家被誤導的地方,一種姜太公釣魚的概念。科普只是愛好,歡迎交流,也歡迎有證據支持的不同意見!謝謝大家的贊,收藏,評論,還有關注。

歡迎大家來美國自然歷史博物館做客。


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