與分子生物學(xué)死磕

如果達(dá)爾文與我們同時(shí)代，當(dāng)他進(jìn)入大學(xué)生物系之后，發(fā)現(xiàn)只有從事分子生物學(xué)研究才有可能獲得研究資金，他會(huì)不會(huì)義無(wú)反顧地丟下鑷子和放大鏡，奔向PCR儀和DNA測(cè)序儀?

初到馬里蘭大學(xué)讀研究生的P r i c i laChaverri貼出一張招募啟事，她得到了PEET(經(jīng)典分類(lèi)專(zhuān)業(yè)加強(qiáng)訓(xùn)練)計(jì)劃的資助，現(xiàn)在想要尋找和自己意愿相同的本科生，共同開(kāi)展關(guān)于美國(guó)肉座菌(見(jiàn)本期辭典)的分類(lèi)學(xué)研究。啟事貼出，竟然無(wú)人回應(yīng)，無(wú)奈之余，她只得更改啟事內(nèi)容，補(bǔ)充說(shuō)明還可以學(xué)習(xí)PCR儀和DNA測(cè)序等分子生物學(xué)技術(shù)，在這之后，她收到了100份申請(qǐng)。

1比100，這就是經(jīng)典的物種分類(lèi)學(xué)與分子分類(lèi)學(xué)在學(xué)科天平兩端的分量。

經(jīng)典分類(lèi)學(xué)沒(méi)落

在中國(guó)科學(xué)院植物所，有這樣一個(gè)段子:“讀研究生敢于選擇分類(lèi)學(xué)專(zhuān)業(yè)的是‘猛士’;畢業(yè)后敢于選擇這個(gè)專(zhuān)業(yè)做職業(yè)的是‘勇士’，選擇在科研圈內(nèi)為分類(lèi)學(xué)奮斗，不與科研圈內(nèi)游戲規(guī)則妥協(xié)的人是‘壯士’;死不悔改被淘汰的人遂成‘烈士’?！?/p>

其中所謂的分類(lèi)學(xué)專(zhuān)業(yè)指的就是經(jīng)典分類(lèi)學(xué)，用形態(tài)和地理的方法來(lái)分類(lèi)物種。

在植物所學(xué)習(xí)了5年經(jīng)典分類(lèi)的金效華博士，是蘭科植物專(zhuān)家，他曾經(jīng)遍訪云南的山寨和溝壑，根據(jù)蘭科的地理分布和花、葉、果等部位的形態(tài)特征對(duì)它們進(jìn)行分類(lèi)。然而，當(dāng)他從昆明植物所學(xué)習(xí)了細(xì)胞學(xué)、遺傳學(xué)和分子系統(tǒng)學(xué)等物種分類(lèi)的現(xiàn)代方法之后，他就改變了研究方法，實(shí)驗(yàn)室于是取代了田野，精密儀器則代替了標(biāo)本。

現(xiàn)在，植物所里做分子系統(tǒng)學(xué)物種分類(lèi)的學(xué)者一大半都是像金效華那樣搞經(jīng)典分類(lèi)出身的。他們目前手上的四五個(gè)項(xiàng)目都和分子系統(tǒng)學(xué)有關(guān)，而且，在他們看來(lái)，似乎“經(jīng)典分類(lèi)已經(jīng)做得差不多了，只剩一些完善的工作，而生物進(jìn)化、遺傳機(jī)制還要深入研究，我們要往下走”。

“往下走”的意思也就是佛羅里達(dá)大學(xué)植物學(xué)家Walter Judd所謂的“進(jìn)化”。Judd是世界上首批體驗(yàn)分類(lèi)學(xué)“進(jìn)化”的科學(xué)家之一，他承認(rèn)“分子分析帶來(lái)了令人興奮的成果”。很多年輕的學(xué)者卻早早把這種興奮感變?yōu)橐蕾嚫小Ｓ幸恍┤藦氐赘鎰e了經(jīng)典分類(lèi)學(xué)，在嘗到了僅憑對(duì)DNA測(cè)序儀和PCR儀等儀器的嫻熟操作就能吸引大筆科研經(jīng)費(fèi)的甜頭之后，再也無(wú)法體驗(yàn)到用自己的名字為一個(gè)新物種命名的成就感了。

年輕學(xué)者的選擇將決定學(xué)科的未來(lái)。Judd這樣資深的分類(lèi)學(xué)家，正面臨退休，但佛羅里達(dá)大學(xué)并沒(méi)有計(jì)劃再聘請(qǐng)新的分類(lèi)學(xué)家。中國(guó)醫(yī)科院藥用植物所只剩不到10個(gè)經(jīng)典分類(lèi)學(xué)者，且都沒(méi)有兼負(fù)教學(xué)任務(wù)。英國(guó)皇家植物園的最后一位裸子植物分類(lèi)學(xué)家和最后一位蕨類(lèi)植物分類(lèi)學(xué)家相繼在2006年和2007年退休，他們的位子從那時(shí)就一直空著。

發(fā)現(xiàn)新物種要靠老方法

Judd是研究熱帶開(kāi)花植物的形態(tài)學(xué)的專(zhuān)家，他曾說(shuō)，年輕的植物學(xué)家使用分子分析方法作為研究工具之后，他們會(huì)將研究重點(diǎn)放在已經(jīng)有研究成果的植物種類(lèi)上，而喪失了去發(fā)現(xiàn)新的類(lèi)群的動(dòng)力。

因此，為了避免幾代之后沒(méi)有人會(huì)根據(jù)形態(tài)特征鑒別物種，即使經(jīng)典分類(lèi)日漸式微，國(guó)內(nèi)外仍有一批學(xué)者堅(jiān)守最后的陣地，“傳統(tǒng)進(jìn)化知識(shí)體系的框架都是通過(guò)形態(tài)鑒定的方式建立起來(lái)的，目前，認(rèn)識(shí)一個(gè)物種基本都是從形態(tài)學(xué)入手，它是基礎(chǔ)。”這是他們堅(jiān)守的理由。

因?yàn)檫@個(gè)理由，世界權(quán)威的分類(lèi)學(xué)家Montgomery Wood，即使在投身研究之初被同事說(shuō)是“浪費(fèi)時(shí)間”也不曾猶豫。50年來(lái)，Wood研究一種全球分布的黑蠅，現(xiàn)在，他僅憑雙眼就可以鑒別近萬(wàn)種寄生蠅科中的很多個(gè)屬。被同行潑冷水，在惡劣環(huán)境下進(jìn)行野外調(diào)查，經(jīng)費(fèi)不足成為家常便飯，這就是Wood成為著名分類(lèi)學(xué)家之前所要經(jīng)歷的磨練。

中科院植物所博導(dǎo)傅德志也是經(jīng)歷了同樣的磨練，“1 992 年的時(shí)候沒(méi)什么課題，沒(méi)課題也就沒(méi)經(jīng)費(fèi)，于是就憑自己的興趣做研究，最少的時(shí)候，每個(gè)月就200塊。”即使在這樣的情況下，傅德志依然完成了了裸子植物新系統(tǒng)的研究。2009年，他即將完成維管束植物科屬分類(lèi)編碼的研究。這個(gè)維管束項(xiàng)目已經(jīng)用掉了他20多年時(shí)間，需要徹底清算根莖部含有維管束構(gòu)造的植物的名稱、分布區(qū)域和含有的物種數(shù)目，相當(dāng)于徹查蕨類(lèi)、裸子和被子植物。關(guān)于該項(xiàng)目，光參考書(shū)就能摞起兩人高。

有趣的是，每當(dāng)傅德志每完成一個(gè)項(xiàng)目，都會(huì)衍生出一些新的工作和項(xiàng)目。完成了維管束植物(見(jiàn)本期辭典)科屬分布編碼，現(xiàn)在他又對(duì)世界被子植物的科屬志產(chǎn)生了興趣。他對(duì)將要展開(kāi)的新項(xiàng)目很有信心。事實(shí)上，裸子植物的成員家譜，就是運(yùn)用傳統(tǒng)的形態(tài)和地理學(xué)方法在2004年被其研究組攻克的。根據(jù)志書(shū)，進(jìn)行大量的野外觀察、標(biāo)本識(shí)別和數(shù)據(jù)庫(kù)的查閱，傅德志認(rèn)為那樣并不過(guò)時(shí)。

在他看來(lái)，“標(biāo)定物種最終還是要回到經(jīng)典分類(lèi)”，因?yàn)樾螒B(tài)分類(lèi)法是統(tǒng)計(jì)學(xué)，而現(xiàn)代分子技術(shù)是標(biāo)量科學(xué)，標(biāo)量科學(xué)是建立在統(tǒng)計(jì)學(xué)基礎(chǔ)上的。比如，“用形態(tài)和地理學(xué)方法已經(jīng)分出20個(gè)種了，而DNA條碼鑒定所能做的工作充其量只是看我分的種準(zhǔn)確不準(zhǔn)確，或者看看能不能合并其中的幾個(gè)種?？梢菦](méi)有我們事先分的這20個(gè)種，一切都白搭”。

選擇一門(mén)關(guān)于花鳥(niǎo)魚(yú)蟲(chóng)的學(xué)問(wèn)

“分類(lèi)學(xué)的靈魂是形態(tài)和地理學(xué)”，老祖宗達(dá)爾文的話已經(jīng)無(wú)數(shù)次被驗(yàn)證。密歇根州立大學(xué)的昆蟲(chóng)學(xué)家Anthony Cognato和他的學(xué)生Jiri Hulcr在巴布亞新幾內(nèi)亞的熱帶雨林里花了18個(gè)月調(diào)查樹(shù)皮甲蟲(chóng)，發(fā)現(xiàn)一種淺黃色的小型樹(shù)皮甲蟲(chóng)只能通過(guò)其他較大型的長(zhǎng)腿甲蟲(chóng)得到真菌，驗(yàn)證了一種新的生態(tài)學(xué)現(xiàn)象—真菌竊取(mycocleptism)。

如果沒(méi)有18個(gè)月的野外調(diào)查和后期的形態(tài)鑒別，我們永遠(yuǎn)也不會(huì)知道什么是“真菌竊取”。既是基礎(chǔ)，又是靈魂，經(jīng)典分類(lèi)學(xué)卻一直往冰點(diǎn)跌。PEET的畢業(yè)生調(diào)查報(bào)告中顯示，47%的學(xué)生畢業(yè)后并沒(méi)有從事分類(lèi)學(xué)工作，而6%的畢業(yè)生正處于失業(yè)狀態(tài)，中國(guó)那么多科研基金中，也只有自然科學(xué)基金向經(jīng)典分類(lèi)的研究工作傾斜?！耙?yàn)榉肿由飳W(xué)領(lǐng)域的研究消耗了大量經(jīng)費(fèi)，經(jīng)典分類(lèi)這一塊的確受到威脅。”就連項(xiàng)目都是通常先做，成果出來(lái)后，再看能不能申請(qǐng)基金。

而做分子系統(tǒng)研究的學(xué)者們手上的項(xiàng)目根本忙不過(guò)來(lái)，國(guó)家基金委項(xiàng)目、國(guó)家杰出青年科學(xué)基金項(xiàng)目、國(guó)家 973項(xiàng)目以及科學(xué)院分配的項(xiàng)目通常都是在同步進(jìn)行著。

當(dāng)分子生物學(xué)的學(xué)者們忙得不亦樂(lè)乎時(shí)，其實(shí)經(jīng)典分類(lèi)學(xué)家也沒(méi)閑著，只是他們由專(zhuān)職研究變成了兼職鑒定。從事DNA條形碼鑒定中藥材的宋經(jīng)元說(shuō):“當(dāng)他們?cè)诓蓸拥臅r(shí)候，需要專(zhuān)業(yè)的形態(tài)分類(lèi)學(xué)家，以避免采錯(cuò)樣，而在有了鑒定結(jié)果的時(shí)候，也會(huì)讓形態(tài)學(xué)家判斷對(duì)不對(duì)?！币虼?，在做中藥材鑒定的過(guò)程中，分類(lèi)學(xué)家也是必不可少的?？梢灿锌捶ㄊ?，這樣一來(lái)分類(lèi)學(xué)家只需要適時(shí)提供一些科屬種的數(shù)據(jù)，變得工具化了，與之前的輝煌時(shí)代相比，無(wú)異于從法官變成了被隨意抽調(diào)出場(chǎng)的陪審團(tuán)成員。

“前景的確不容樂(lè)觀，但我也不會(huì)為此擔(dān)心得夜不能寐?！爆F(xiàn)在，Wood將更多精力放在研究和保存更多物種上。而其他科學(xué)家也試圖找出延長(zhǎng)經(jīng)典分類(lèi)方法的壽命的辦法。亞利桑那州立大學(xué)的昆蟲(chóng)學(xué)家QuentinWheeler就希望通過(guò)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，通過(guò)數(shù)字圖像和虛擬網(wǎng)絡(luò)方便研究者了解放在國(guó)家歷史博物館中30多年前的標(biāo)本。宋經(jīng)元參與的DNA條形碼鑒定中藥材研究項(xiàng)目就是為了通過(guò)那些像超市認(rèn)知碼一樣的基因序列和射頻技術(shù)，讓任何人都能識(shí)別物種。DNA條形碼物種分類(lèi)計(jì)數(shù)已經(jīng)用來(lái)識(shí)別動(dòng)物了，但是植物因?yàn)椴煌茖僦g的基因變化很小，還在等待最終的標(biāo)準(zhǔn)基因序列。

這些方法都在上手的門(mén)檻和鑒別時(shí)間上下功夫，一個(gè)分類(lèi)學(xué)新手甚至可以省去野外調(diào)查的步驟。這也是一些分類(lèi)學(xué)家真正擔(dān)心的地方，人們似乎不愿過(guò)多地停留在對(duì)物種感性認(rèn)識(shí)的階段，說(shuō)得直白點(diǎn)，就是對(duì)生物多樣性失去了興趣。密歇根州立大學(xué)的昆蟲(chóng)學(xué)家Ralph Holzenthal發(fā)現(xiàn)在巴西東南部的一角，至少還有850個(gè)物種等待被分類(lèi)鑒定，而他的項(xiàng)目申請(qǐng)書(shū)修改到第四輪仍然通不過(guò)。

經(jīng)費(fèi)和就業(yè)率讓學(xué)生對(duì)94%的未知物種失去興趣，即使小時(shí)候像達(dá)爾文一樣，熱衷認(rèn)識(shí)植物、收集鳥(niǎo)巢和捕捉昆蟲(chóng)，但學(xué)生一旦發(fā)現(xiàn)從事分子生物學(xué)的研究才可能拿到比國(guó)家自然基金多4倍的國(guó)立衛(wèi)生研究院資金，他們還是會(huì)義無(wú)反顧地丟下鑷子、放大鏡，拿起PCR儀和DNA測(cè)序儀。