中国：虎演化史上的“基因大熔炉”

虎，或许是我们最熟悉的野生动物之一。每个动物园都会有一只乃至一大群的虎，在我们熟悉的各种文学作品中也常能见到虎的描写。但你可能不知道的是，虎和虎是有所不同的。

现代虎可以分出9个亚种：巴厘虎、里海虎、爪哇虎、华南虎、东北虎、印支虎、马来虎、孟加拉虎和苏门答腊虎。

尽管都是虎，但不同亚种在外貌、体型方面却存在着较大的差异。比如东北虎，是所有虎亚种中体型最大的，雄性体重可达300kg左右，而同样生活在中国的华南虎就显得秀气多了，雄性基本在150kg左右，跟东北虎相比显得十分娇小。

通过遗传学分析手段，科学家可以明确虎亚种的划分方式。但是对于虎具体的演化之路，却依然不够明晰。虎是如何扩散、演化、分布成现在的格局的？相同的祖先，又是怎么演化出多个不同的亚种？

图源：unsplash

过去，相关研究受限于现存古代样本的不足，并不能很好地解释这些问题。但近年来飞速发展的古DNA技术，却提供了一种全新的解题思路。

通过古DNA技术，研究人员可以从已有的生物遗体、沉积物中提取极微量的DNA片段，并以此为基础获得古代生物的基因序列信息。通过对基因序列信息的分析比较，就可以相对明晰地还原其背后的演化历程。

2023年8月31日，北京大学生命科学学院的罗述金课题组与合作团队在国际学术期刊《自然·生态学与进化》上发表的论文中，就通过古DNA方法取得了突破性进展。

研究中，研究人员对60多份珍贵样品进行了采集与分析。这些样本来自多个博物馆馆藏，包含了9个虎亚种，横跨了广泛的地理和时间范围。因此，不仅有助于分析亚种形成演化之谜，也能够帮助了解虎在亚洲大陆上的扩散和栖息情况。

图源：unsplash.com

过去，对华南虎线粒体基因组的分析显示，圈养华南虎除了本身特有的母系类型外，还含有其他亚种的母系类型。这意味着，华南虎形成过程中很可能有其他亚种的参与，因此，华南虎的遗传独立性是否成立一直有所争议。

而此次研究，发现华南虎的核基因组单独聚为一支，在核基因组层面具有独特性，因此，作为亚种分类是毋庸置疑的。而通过进一步的种群分析，本次研究也解释了为什么华南虎的线粒体基因组拥有如此复杂的来源。

研究发现，与其他亚种共享母系类型的华南虎样本仅限于来自中国东部的样本，而来自西部等地的样本则没有出现。为了解释这个例外，研究人员对冰期气候波动下的老虎的适宜栖息地进行了测试，结果发现中国西南山区的一个小区域可能是该时期华南虎的避难所之一。

图源：unsplash.com

基于以上两个发现，研究人员提出一个假设：在距今约1.6~1.9万年的末次盛冰期期间，整个亚洲东部发生了剧烈的气候变化，尤其是靠北方环境的巨变，对当时的华南虎种群产生了巨大影响。为了躲避极端天气，华南虎种群进入到了中国西南山地的避难所中，直到气候适宜后才逐渐迁移出来，并与从印度扩散到华东地区，携带着其他母系类型的虎相遇并产生了基因交流留下了后代。这些后代最终形成了现代的华南虎种群，它们既具有独特的核基因组，但又由于冰期后的基因交流而获得了其他母系类型。

基于这个假设，研究者们推测中国东部可能是虎演化历史上的基因大熔炉。在这个基因大熔炉中，来自西南地区的华南虎种群和来自印度的华东虎种群完成了交汇融合。此后，整个虎种群开始向东北亚扩散，并分别形成了里海虎、东北虎等亚种。

因此，该研究也证明了：中国一直是虎演化的核心地区，并且对于虎分布格局的形成有重要意义。

本文为科普中国-星空计划作品

出品｜中国科协科普部

监制｜中国科学技术出版社有限公司、北京中科星河文化传媒有限公司

作者丨海德拉 科普创作者

审核丨黄乘明 中国科学院动物研究所研究员