分子生态学在野生动物保护中的作用

分子生态学在野生动物保护中的作用

刘思慧1　刘季科1　王应祥2

(1浙江大学生命科学学院,杭州310012;2中国科学院昆明动物研究所,650223)

摘要　分子生态学是一门具有活力的新兴学科,在解决野生动物的保护中潜力巨大。野生动物的保护目前仍然处于初级阶段,仅仅使用一些宏观保护策略和描述性的研究手段。而要理解野生动物进化灭绝的内在机理,掌握野生动物的遗传结构、基因变异以及保护和繁育濒危物种的分子与基因,分子生态学理论与技术将发挥不可估量的作用。利用分子标记研究野生动物的进化和繁衍、生物多样性的遗传机理以及濒危物种遗传物质与环境的关系,将对野生动物的保护产生深远意义。

关键词　分子生态学　野生动物　保护　作用

The Functions of Molecular Ecology in Wildlife Conservation

Liu sihui1　Liu Jike1　Wang Yingx iang3

(1Co lleg e of L ife Science,Z hejiang U niver sity,Hangzhou,310012,Zhejiang,China;

2K unming Instit ute o f Zo olog y,Academia Sinica,K unming650223,Y unnan,China)

Abstract　M olecular ecolog y is a new activ e subject,w hich is display ing potential functio n in so lving the issues of w ildlife conserv ation.So far,the protectio n for w ildlife is still in a pr im a-ry stage,only so me m acro-strategies and descriptive appr oaches have been used.How ever,it is im por tant to illustr ate the internal principle of ev olution and ex tinctio n to w ildlife.Mo lecular ecolo gy is to play critical role w hen it is applied to g enetic structure,gene mutation,and prop-agatio n of g ene and mo lecular fo r rare and endangered w ildlife species.T he appr oach of molec-ular mark will be applied to evo lution and multiplying of w ildlife,g enetic m echanism o f biodi-versity,and the relationship of g enetic material and its environments,w hich is to bring sig nifi-cant meaning in the future.

Key words:mo lecular ecology,w ildlife conserv afion,role

1　保护野生动物的意义

开展野生动物的保护和研究,对人类社会具有深远的意义。(1)野生动物为人类提供多种物质,如食物、衣物、药物、交通工具等。(2)野生动物为人类提供种种精神食粮,如观赏价值、消遣陪伴价值(宠物等)。(3)野生动物是人类生存中不可或缺的组成部分。野生动物是生物圈中重要的组成部分,是保持人类社会生态平衡的关键因子,在物质流、能量流和信息流中扮演着至关重要的角色。(4)野生动物的起源、进化和演变为人类社会进步提供了模式。人类属于高级动物,其发生、发展与野生动物密切相关,研究动物社会的行为和特性,将给人类社会以启迪。(5)大多数野生动物目前已处于高度濒危状态,面临灭绝的边缘。如果不利用先进手段研究野生动物的濒危机理,放任自流,动物的灭绝进程将不能得到缓解。

2　野生动物保护中存在的问题

2.1　保护还处于传统的初级阶段

野生动物的保护,就世界范围而言,基本还处于初级阶段,特别是在大多数发展中国家。保护的主要方法是就地保护(自然保护区、国家公园等)和迁地保护(人工养殖园、动物园等),离体保护甚少。一般情况下,把自然保护区界线划定后,迁出保护区内居民;然后是划出核心区、缓冲区和实验区;随

第16卷　第4期2003年8月

世　界　林　业　研　究

World Forestry Res earch

Vol.16　No.4

Aug.2003

X收稿日期:2003-03-27

之而来的是行政命令指导下的硬性保护,不允许保护区周边村民进入保护区活动;因此,造成矛盾重重,自然保护区的管理变成了纠纷处理;保护区工作人员与当地村民似乎在玩捉谜藏的游戏。有些地方保护效果不佳。2.2　注重宏观的、描述性的研究手段

在野生动物的研究中,宏观技术应用广泛,特别是对分布于自然保护区内的动物的研究。如自然保护区珍稀濒危动物数量调查、行为观察、形态分类、领域行为、食性研究等传统的生态学方法。即使在分子生态学中最广泛采用的手段仍然是描述性的研究方式,如用基因的频率来描述自然种群中遗传变异的多少和分布,而不是对机理的直接分析。

2.3　分子生态的内在机理方面涉足较少

在野生动物保护中,过去主要停留在关注宏观的、外在的现象,包括遗传多样性在空间和时间上的分布以及形态特征变化的遗传基础等;而对内在机理涉足较少,如性选择、自然选择、种群结构变化、基因的流动和迁移、形态变化的适应意义和地理分离事件,等等。物种内在机理是起源、进化或灭绝的重要内因,只有搞清楚内部的机制、机理,结合外因一起分析,才能掌握生物变化的本质。

3　关于分子生态学

分子生态学是生命科学中最新产生的分支之一,其“诞生”时间一般被认为是1992年5月,因为那时《Mo lecular Ecolog y》(分子生态学杂志)的创刊号正式发行。该杂志刊登以下几方面的论文: (1)分子种群生态学:种群遗传学和进化遗传学;行为生态学;保育生物学。(2)分子环境遗传学:种群生态学和基因流;重组生物环境释放的生态问题;自然环境中的遗传交换。(3)分子适应:遗传分化和生理适应;环境对基因表达的效应。(4)关于分子生态学的技术发明:物种鉴定的分子技术;发明新的探针;研究种群的序列和引物[1～4]。分子生态学吸收了多种领域的研究方法,特别是分子生物学、种群遗传学和数量遗传学、生态学、生物地理学和系统发育等方面的原理和手段;分子生态学利用分子标记(即检测基因组多态性的DNA指纹技术)对研究对象的遗传物质的相同之处及不同之处进行检测和分析,从而研究遗传物质在时间和空间上的变化规律、研究某些特定的基因在进化历程中所受到的各种压力,以及将这些研究结果与一些重要的生态特性如形态、行为、生理及生活史等联系起来考虑[2]。除生活史特性外,还有“环境引起的特性”,诸如大范围的森林砍伐、农田开垦、植树造林、城市扩张、高速公路的建设等人为因素和火山、洪水、地震、冰期等自然因素导致的变化[4]。Burke和Smith 等对分子生态学的解释注重动植物和微生物的个体或群体与环境的关系,认为分子生态学是分子生物学与生态学有机结合的一个很好界面[3]。

追述分子生态学的发展历史,其主要基础是群体遗传学、生态遗传学和进化遗传学。1908年, Hardy和Weinberg分别独立发表了群体遗传平衡的文章,将孟德尔定律用于随机交配的大群体,提出所谓的Hardy-Weinberg定律,为群体遗传学的诞生奠定了第1块基石。而经典生态遗传学主要是论证和测度自然系统中选择的重要性。Ford认为, Gerould1921年对一种蝴蝶在可见的捕食过程中一个隐性基因的选择性消失的分析,可以说是生态遗传学研究的首例。而Cain和Pr ovine(1994)则认为,Elton(1924)将动物数量的波动和非适应习性结合起来进行研究,是联系生态学和遗传学的第1位学者。Endler(1994)认为遗传变异普遍存在于许多物种内,所以自然选择和遗传漂变会改变变异在时间和空间上的分布。同时,遗传变异也会显著影响种内以及食物链上其他种的种群动态[3,5]。20世纪中期,人们逐渐认识到DNA是生物体的遗传物质,蛋白质是基因的初级产物。继W atson和Crick(1953)发表DNA的双螺旋结构之后,一些分析和分离生物大分子的生化技术也发展起来,如“同功酶”技术和电泳技术。Lew ontin(1991)指出,电泳技术是进化遗传学研究中的一个里程碑[5]。

4　分子生态学引入野生动物保护领域的前提

在科学技术飞速发展的今天,野生动物的保护开始涉足到分子水平,许多问题只有在宏观政策控制下,借助微观手段才能解决实质性难题。目前,把分子生态学引入动物保护中,其前提是:(1)分子、基因技术的成熟化。进入21世纪,人类研究微观世界的手段已经接近顶峰,各种分子技术趋于成熟,应用这些先进手段研究生物体特别是高等动物,能够解决过去长期困扰人类的难题。(2)野生动物保护策略的国际化、法律化。关于保护野生动物的国际公约、法律和法规已逐步完善;许多国家开展合作研究并采取联合保护行动,将对动物分子生态学

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