如何发现新物种

世界上每年大约会发现1.5万~ 1.8 万个新物种,这些新物种并非凭空“出现”,而是由一个奇妙的邂逅,我们突然意识到了它们的存在。研究人员估计,地球上生活着大约875 万个不同的物种。到目前为止只发现并命名了约120 万个物种,还不到总数的七分之一。那些未发现的物种往往深居于世界上隐秘的角落,例如,物种极度丰富但人迹罕至的热带雨林、幽暗的深海、神秘的洞穴中。但它也可能就在你的身边——英国一位女士就曾在自家的花园中发现了4 个新物种。

2017 年,一位哺乳动物学家在所罗门群岛考察时,一只巨型老鼠从砍倒的树中跑了出来,由此发现了一个新物种。但它的发现并不是得来全不费功夫,在此之前,研究人员根据当地人的描述已在此地寻找了多年。物种的发现是个体力活,人们往往要长期在人迹罕至的地区观察生物活动,寻找具有特别形态特征的个体。

具有特殊功能的微生物新物种发现的地点往往在极端环境中,例如,深海的热液喷口、火山口、高渗透压的盐湖。1976 年,中国台湾科学家钱嘉韵从黄石国家公园的火山温泉中分离得到了一种嗜热菌。

早期物种鉴定的主要方式是将未知的物种与已知物种的形态进行比对。

首先仔细观察、记录未知物种的形态特征,并采集样品、制作标本,将其保存下来;接下来可以将未知标本与标本库中已知的标本进行比对,更常用的方法是查阅相关的文献。以植物为例,我们可以先查阅地方植物志或《中国高等植物图鉴》等书,有解决不了的问题再查《中国植物志》的相关卷册。如果都查不到,意味着标本有可能是一个新物种,接下来就需要仔细核对各种相近物种的原始描述才能进一步确认了。

为了明确物种的形态学特征,在每个新物种发布的论文中,都会详细描述它与已有的或相关的物种有何不同,具体包括分布地区、生活环境、习性、不同发育阶段的特征等。此外,还要为新物种制作多个标本作为模式标本,来定义这一物种的形态特征。在物种鉴定时,研究人员常常要参考相近物种的模式标本进行详细辨认。例如,伦敦的一家博物馆收藏了现代生物分类学之父林奈最初命名植物时收集的4000份植物标本,这些标本现在仍然是该物种的模式标本。

到了21 世纪,随着基因技术逐渐成熟,分类学逐渐从传统的形态学向分子生物学转变,我们可以通过生物的遗传信息更精准地追踪物种间的亲缘关系。

现代系统发育学的分类方法主要采用DNA 条形码技术,这一技术借鉴了商品条形码来唯一指代每个商品的方法。科学家会选择一些特别的基因片段,它们具有较快的进化速率和高度的物种特异性,可以成为将一个物种与其他物种区分开的“条形码”。我们可以有针对性地对这段基因测序,将结果与已有的物种条形码进行比对,如果存在足够的相似性,就可以确认生物体所属的物种。

DNA 条形码可以更加明确地鉴定物种,但这一技术也不是万能的。它也可能存在无法正确反映演化进程的情况。此外,如果仅对比某个基因的相似性,可能忽略物种分化过程的复杂性,比如,相似的基因突变可能发生在同一物种演化的不同阶段,这给人们判断亲缘关系造成困扰。所以,目前仍需要采用形态学与系统发育学相结合的方式来鉴定物种。

(摘自《少年时·地球物种》,郭德鑫图)