北京動(dòng)物園圈養(yǎng)環(huán)尾狐猴種群發(fā)展分析

馬 琳 趙素芬，2 由玉巖，2* 周軍英

環(huán)尾狐猴(Lemurcatta)又稱節(jié)尾狐猴，屬于靈長目(Primates)，狐猴科(Lemuridae)，狐猴屬，分布于非洲南部的馬達(dá)加斯加島南部和西南部[1]。由于棲息地破壞、氣候變化、非法捕獵及寵物貿(mào)易、人畜活動(dòng)擴(kuò)張等因素影響，環(huán)尾狐猴種群數(shù)量急劇下降，其野外數(shù)量不足2000只且仍在不斷被減少[2-3]。2012年被IUCN紅色名錄列為近危物種，并收錄于瀕危野生動(dòng)植物種國際貿(mào)易公約附錄Ⅰ中，禁止在國際進(jìn)行交易[4-5]。

圈養(yǎng)在保障瀕危種群健康可持續(xù)發(fā)展中發(fā)揮重要作用。在圈養(yǎng)條件下，通過進(jìn)行飼養(yǎng)、繁殖、疾病防控、豐容等多方面管理，動(dòng)物種群可得到良性的發(fā)展，繼而實(shí)現(xiàn)對(duì)種群的保護(hù)[6]。環(huán)尾狐猴，因其繁殖容易，適應(yīng)性好的特點(diǎn)，在圈養(yǎng)環(huán)境下得到了很好的繁殖，目前成為世界各地動(dòng)物園圈養(yǎng)最多的靈長類動(dòng)物，超過了野外數(shù)量。北京動(dòng)物園自1996年開始飼養(yǎng)并展出環(huán)尾狐猴，截至2016年5月，圈養(yǎng)環(huán)尾狐猴種群數(shù)量達(dá)139只，是當(dāng)前北京動(dòng)物園哺乳動(dòng)物中第一大種群保有者?？梢?，環(huán)尾狐猴在北京動(dòng)物園得以繁衍，并形成了一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的種群。在圈養(yǎng)條件下，雖飼養(yǎng)空間和種群數(shù)量有限，但近些年隨人工飼養(yǎng)、繁育、醫(yī)療水平等的逐漸提高，種群的穩(wěn)定發(fā)展容易造成“種群有效管理”的假象[7]。20世紀(jì)70年代末，美國動(dòng)物園首先發(fā)現(xiàn)圈養(yǎng)動(dòng)物近親繁殖會(huì)制約種群的增殖和發(fā)展，同時(shí)進(jìn)行大量圈養(yǎng)種群研究分析，提出進(jìn)行遺傳學(xué)管理，避免近親繁殖，保持較高水平的基因多樣性的必要性[8-9]。

圈養(yǎng)種群的遺傳學(xué)管理是動(dòng)物園保護(hù)物種健康發(fā)展的需要[10]，而物種譜系是種群管理的必要前提，建立真實(shí)的譜系并且定期更新和維護(hù)譜系是保護(hù)圈養(yǎng)種群的一種有效方法[11]。北京動(dòng)物園環(huán)尾狐猴種群數(shù)量較大，種群繁殖較快，有效的種群遺傳學(xué)管理可為該環(huán)尾狐猴種群健康可持續(xù)發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[12]，但目前該種群仍未進(jìn)行譜系登錄，大種群飼養(yǎng)，種群內(nèi)繁殖個(gè)體之間親緣關(guān)系模糊，遺傳多樣性水平缺少數(shù)據(jù)指標(biāo)支持，近親繁殖愈發(fā)突出，急需根據(jù)北京動(dòng)物園現(xiàn)有圈養(yǎng)環(huán)尾狐猴的數(shù)據(jù)進(jìn)行譜系登錄，并對(duì)遺傳狀況進(jìn)行分析，以獲得對(duì)科學(xué)飼養(yǎng)、繁殖與管理提供科學(xué)的理論依據(jù)，制定種群管理方案，幫助圈養(yǎng)環(huán)尾狐猴實(shí)現(xiàn)健康可持續(xù)發(fā)展。

1 研究方法

1.1 譜系調(diào)查

根據(jù)北京動(dòng)物園圈養(yǎng)環(huán)尾狐猴種群的引進(jìn)、飼養(yǎng)、繁殖記錄，對(duì)1996～2016年5月飼養(yǎng)繁育的環(huán)尾狐猴情況進(jìn)行調(diào)查，統(tǒng)計(jì)歷史圈養(yǎng)環(huán)尾狐猴的性別、出生時(shí)間、死亡時(shí)間、年齡、引入、輸出、繁殖等詳細(xì)信息。

1.2 數(shù)據(jù)分析

北京動(dòng)物園圈養(yǎng)環(huán)尾狐猴的譜系登錄和編輯使用國際物種信息系統(tǒng)ISIS(International Species Information System)開發(fā)的SPARKS(Single Population Analysis & Records Keeping System)v1.6軟件完成。使用PMx v1.0軟件進(jìn)行種群的統(tǒng)計(jì)學(xué)和遺傳學(xué)分析，對(duì)種群數(shù)量變化情況以及年齡和性別結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，明確當(dāng)前種群發(fā)展趨勢(shì)，計(jì)算基因多樣性、潛在奠基者數(shù)量、奠基者基因等量值、平均親緣關(guān)系系數(shù)、世代長度、有效種群數(shù)量，以及有效種群數(shù)量與種群數(shù)量的比值；對(duì)奠基者后代數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)；計(jì)算MSI配對(duì)系數(shù)(分7個(gè)等級(jí)：1為非常有益；2為較為有益；3為稍微有益；4為稍微有害，少量基因丟失；5為較為有害；6為有害；7為非常有害)，挑選合適的配對(duì)。

2 結(jié)果

2.1 圈養(yǎng)種群現(xiàn)狀

2.1.1 圈養(yǎng)種群數(shù)量概況

截至2016年5月，北京動(dòng)物園圈養(yǎng)環(huán)尾狐猴種群數(shù)量累計(jì)139只，剔除死亡和去向不明的個(gè)體，最終用于種群譜系分析的個(gè)體共計(jì)101只，其中雄性47只，雌性42只，未知性別12只(幼猴出生后，會(huì)緊抱住母親，經(jīng)過一段時(shí)間才會(huì)離開母親。為不干預(yù)母猴帶仔行為，飼養(yǎng)員不分離母子進(jìn)行性別鑒定，所以采集數(shù)據(jù)當(dāng)時(shí)存在未知性別個(gè)體)，分別飼養(yǎng)于北京動(dòng)物園東區(qū)、西區(qū)和十三陵繁育基地。

如圖1所示，1996～2016年北京動(dòng)物園圈養(yǎng)環(huán)尾狐猴種群呈穩(wěn)定上升趨勢(shì)，尤其是2008年之后，總個(gè)體數(shù)、雄性及雌性個(gè)體數(shù)量增長迅速，平均增長率λ=1.24(λ>1)。

圖1 1996～2016年北京動(dòng)物園圈養(yǎng)環(huán)尾狐猴種群數(shù)量變化情況Fig.1 Changes of captive population of Lemur catta in Beijing Zoo from 1996 to 2016

2.1.2 種群的年齡結(jié)構(gòu)與性比

環(huán)尾狐猴現(xiàn)存101只圈養(yǎng)種群的年齡結(jié)構(gòu)(圖2)顯示，種群中育齡個(gè)體數(shù)量較多，集中在2～5歲，種群的年齡呈金字塔型結(jié)構(gòu)的增長型，該種群將日趨擴(kuò)大。由于種群中存在未知性別個(gè)體，如果將其按照雌、雄各半的比例進(jìn)行計(jì)算，種群性比(雄性∶雌性)為1.10∶1，存在生殖性別偏倚現(xiàn)象。但由于種群中未知性別個(gè)體數(shù)量占種群總數(shù)的11.88%，因此該比例較為準(zhǔn)確反映出種群的性比情況。

圖2 北京動(dòng)物園環(huán)尾狐猴圈養(yǎng)種群年齡和性別結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Age and sex structure of captive Lemur cattapopulation in Beijing Zoo 注：淺藍(lán)為已知性別非繁殖年齡個(gè)體；深藍(lán)為已知性別處于繁殖年齡個(gè)體；綠色為未知性別繁殖年齡個(gè)體；黃色為未知性別非繁殖年齡個(gè)體 Note：The light blue as known gender non-reproductive age individual.The dark blue as known gender reproductive age individual.The green as unknown gender reproductive age individual.The yellow as unknown gender non-reproductive age individual

2.1.3 圈養(yǎng)種群的繁殖情況

經(jīng)對(duì)101只環(huán)尾狐猴年齡情況分析結(jié)果顯示，圈養(yǎng)環(huán)尾狐猴的生理壽命約為18歲。雄性環(huán)尾狐猴繁殖年齡通常在2～12歲，雌性在1～16歲。雄猴的繁殖高峰出現(xiàn)在3歲，雌猴在4歲。進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)1996～2016年圈養(yǎng)繁育環(huán)尾狐猴月出生情況(圖3)，結(jié)果顯示1、2、3、4、5、6、8月均有環(huán)尾狐猴出生，但繁殖期主要集中于3～4月，尤其以3月出生個(gè)體數(shù)量最多。

圖3 1996～2016年北京動(dòng)物園圈養(yǎng)環(huán)尾狐猴月出生情況Fig.3 The monthly born number of captive Lemur cattafrom 1996 to 2016 in Beijing Zoo

2.2 圈養(yǎng)種群遺傳學(xué)分析

北京動(dòng)物園環(huán)尾狐猴圈養(yǎng)種群主要來源于不同時(shí)期引進(jìn)的4只奠基者(表1)，且這4只奠基者均在種群內(nèi)發(fā)揮著實(shí)際作用，種群內(nèi)無潛在奠基者。該種群的奠基者基因等量值是1.98，即種群的遺傳多樣性水平與一個(gè)由2只互無關(guān)系的個(gè)體建立的種群一致。奠基者的遺傳貢獻(xiàn)值不均衡(圖4)，其中T1和T2的貢獻(xiàn)值最大，后代數(shù)量最多。種群的平均親緣關(guān)系值(MK)是0.25。目前種群只保留了奠基者74.79%的基因多樣性。如果使T11和T41的基因更好地融入到種群當(dāng)中，該種群基因多樣性水平可提升到87.5%。

表1 北京動(dòng)物園圈養(yǎng)環(huán)尾狐猴種群遺傳學(xué)參數(shù)

Tab.1 Genetic parameters of captive Lemur cattapopulation in Beijing Zoo

圖4 北京動(dòng)物園圈養(yǎng)環(huán)尾狐猴種群奠基者后代數(shù)量Fig.4 Founder contribution and descendants ofcaptive Lemur catta in Beijing Zoo

自2001年種群數(shù)量進(jìn)入持續(xù)增長階段，種群的基因多樣性保存量在2001年快速上升到58%；此后基因多樣性保存量隨著種群數(shù)量的增長而升高，2005年達(dá)到70%，2014年后略有增長達(dá)75%，2016年后，隨著種群數(shù)量的增長，基因多樣性并未發(fā)生顯著變化(圖5)。但根據(jù)種群規(guī)模與基因多樣性變化分析，如果不進(jìn)行種群管理，100年后，該種群的基因多樣性將降至55%(圖6)。

圖5 北京動(dòng)物園圈養(yǎng)環(huán)尾狐猴種群規(guī)模與基因多樣性Fig.5 Population size and genetic diversity of Lemur catta in Beijing Zoo

圖6 100年后北京動(dòng)物園圈養(yǎng)環(huán)尾狐猴種群規(guī)模與基因多樣性變化情況Fig.6 Population size and genetic diversity changes of captive Lemur catta a century later in Beijing Zoo

根據(jù)MSI評(píng)估結(jié)果，在101只個(gè)體中，有78.22%的個(gè)體是由對(duì)種群基因多樣性非常有害的配對(duì)所繁殖；其中，有22只個(gè)體對(duì)該種群繁殖有正向積極作用，僅占總個(gè)體數(shù)的21.78%，22只適合配對(duì)的遺傳優(yōu)勢(shì)個(gè)體有42種適宜繁殖的配對(duì)，中等有益于配對(duì)繁殖的1對(duì)，非常有益于配對(duì)繁殖的18對(duì)(表2)。

表2 圈養(yǎng)環(huán)尾狐猴MSI配對(duì)表

Tab.2 Breeding pairs with various MSI scores in captive Lemur catta

注：MSI(Mate Suitability Index)為配對(duì)適宜指數(shù)，本MSI配對(duì)表僅從全部配對(duì)中選取列出了對(duì)此種群繁殖有正向積極作用的適宜配對(duì)個(gè)體；“-”表示數(shù)值已經(jīng)>4，不適宜再配對(duì)

Note：This MSI just selected individual from all mates which is positive effect for reproduction population；“-”means the index already greater than 4，is not suitable for breeding

3 討論

截至2016年5月，北京動(dòng)物園圈養(yǎng)環(huán)尾狐猴譜系已錄入139只個(gè)體，存活個(gè)體數(shù)量為101只，年齡結(jié)構(gòu)較為合理，處于自我維持階段。在飼養(yǎng)環(huán)尾狐猴的19年間，北京動(dòng)物園已摸索出該物種健康生存和自繁后代的飼養(yǎng)管理模式，所繁殖后代也均由母親直接帶仔，因而隨著種群內(nèi)適齡個(gè)體的增多，繁殖后代也將呈現(xiàn)穩(wěn)定增長的趨勢(shì)。

雖然北京動(dòng)物園環(huán)尾狐猴圈養(yǎng)種群不斷發(fā)展，但基因多樣性水平降低，存在近親繁殖，其健康、可持續(xù)性發(fā)展問題愈發(fā)突出。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，該圈養(yǎng)環(huán)尾狐猴種群中奠基者僅有4只，并且沒有其他潛在奠基者，4只奠基者中還存在遺傳奠基者貢獻(xiàn)值不均衡的現(xiàn)象。理論上，要使遺傳漂變降低到最低限度，那么種群內(nèi)每一個(gè)奠基者都需要在每一個(gè)世代中貢獻(xiàn)相同數(shù)量的基因[13-14]。很顯然，該圈養(yǎng)環(huán)尾狐猴種群中，T1和T2的貢獻(xiàn)值明顯高于T11和T41，致使T11和T41的基因未能很好地傳遞給后代。因該種群由1個(gè)較小的種群發(fā)展起來，在進(jìn)行種群管理時(shí)，早期為達(dá)到擴(kuò)繁的目的，只有讓它們盡可能多地繁殖個(gè)體，才能讓當(dāng)時(shí)的種群數(shù)量得到擴(kuò)大。

與此同時(shí)，因動(dòng)物園飼養(yǎng)空間有限，隨著種群規(guī)模的擴(kuò)大，種群密度逐漸增加，育齡個(gè)體增多，互相之間的交配自由度較大。但在實(shí)際繁殖過程中，動(dòng)物個(gè)體并不完全按照適宜度指數(shù)高的規(guī)律進(jìn)行繁殖，隨之而來的便是種群內(nèi)近親繁殖情況愈發(fā)突出，因而不可避免地加劇了遺傳多樣性的降低和稀有等位基因的丟失[15]。遺傳分析數(shù)據(jù)中，隨著種群規(guī)模的擴(kuò)大，基因多樣性水平持續(xù)下降就是對(duì)這一客觀事實(shí)的最好證明。

遺傳管理有效性指數(shù)是有效種群數(shù)量與種群數(shù)量的比值[16]。北京動(dòng)物園圈養(yǎng)環(huán)尾狐猴種群中有效種群數(shù)量與種群數(shù)量的比值Ne/N的比例為0.32，可見，北京動(dòng)物園當(dāng)前圈養(yǎng)環(huán)尾狐猴種群的有效種群很少。過少的有效種群以及某幾個(gè)個(gè)體后代過多，直接導(dǎo)致了環(huán)尾狐猴種群遺傳多樣性的降低，近交繁殖出現(xiàn)，也加劇了種群內(nèi)近交衰退的現(xiàn)象。

為了能夠?qū)崿F(xiàn)圈養(yǎng)環(huán)尾狐猴種群的健康發(fā)展，僅單靠增加種群數(shù)量是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還應(yīng)該提高圈養(yǎng)種群的基因多樣性水平[17]。目前，北京動(dòng)物園圈養(yǎng)環(huán)尾狐猴種群的基因多樣性保存量為74.79%，隨著不斷的世代繁殖，基因多樣性水平呈下降趨勢(shì)，按照當(dāng)前的趨勢(shì)發(fā)展，100年后基因多樣性保存量趨近于55%，并不能達(dá)到圈養(yǎng)種群遺傳管理的目標(biāo)——100年的時(shí)間內(nèi)保持基因多樣性在90%以上[18]。如果單從種群數(shù)量增長曲線來看，該種群是一個(gè)穩(wěn)定發(fā)展的種群，年齡與結(jié)構(gòu)比均呈現(xiàn)較為適宜種群發(fā)展特征。但由于該種群奠基者數(shù)量少，繁殖中奠基者貢獻(xiàn)者不均衡，且無其他潛在奠基者，該圈養(yǎng)種群已經(jīng)出現(xiàn)了種群衰退的征兆，必須引起我們的高度重視?？梢姡逍训卣J(rèn)識(shí)到圈養(yǎng)種群發(fā)展過程中的不穩(wěn)定因素，是我們充分認(rèn)識(shí)到加強(qiáng)管理的緊迫性是種群管理的前提[19]。

基于前述結(jié)果，若要維持北京動(dòng)物園圈養(yǎng)環(huán)尾狐猴種群健康可持續(xù)發(fā)展，采取相應(yīng)措施勢(shì)在必行。在種群的遺傳管理中，通常使用配對(duì)適宜度指數(shù)(MSI)挑選合適的配對(duì)進(jìn)行繁殖，該指數(shù)考慮了配對(duì)動(dòng)物的平均親緣關(guān)系值、雄雌動(dòng)物平均親緣關(guān)系值的差距、產(chǎn)生后代的近親繁殖系數(shù)、配對(duì)動(dòng)物祖先未知因素的總量等4種因素。依據(jù)MSI配對(duì)結(jié)果，現(xiàn)有種群中存在18種非常有益于繁殖的配對(duì)，若盡可能按該配對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行繁殖，限制后代過多的建群者繁殖，建群者中后代較少的個(gè)體獲得較多繁殖機(jī)會(huì)，將會(huì)較好地維持現(xiàn)有種群基因多樣性水平等遺傳學(xué)參數(shù)的恒定[20]。若要真正達(dá)到野生動(dòng)物種群有效管理的目標(biāo)，當(dāng)前的飼養(yǎng)與管理手段還有待改進(jìn)，如與其他圈養(yǎng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行基因交流，或者是每兩年引入野外來源或無親緣關(guān)系的個(gè)體，以此豐富種群內(nèi)基因水平，維持現(xiàn)有種群遺傳多樣性。此外，還需要建立完善的種群發(fā)展計(jì)劃，合理安排配對(duì)繁殖，擴(kuò)大種群數(shù)量，盡可能減少遺傳漂變。

鑒于此，對(duì)北京動(dòng)物園圈養(yǎng)環(huán)尾狐猴種群的遺傳管理建議如下：(1)通過有效的種群遺傳管理，維持圈養(yǎng)種群現(xiàn)有的遺傳多樣性，并降低其近交水平；(2)種群管理者需采取措施以避免產(chǎn)生近交衰退效應(yīng)，同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)不同種群之間的基因交流，如與其他動(dòng)物園進(jìn)行個(gè)體交換，或者引入野外來源或無親緣關(guān)系的個(gè)體；(3)結(jié)合遺傳數(shù)據(jù)及圈養(yǎng)環(huán)尾狐猴譜系信息，制定更加科學(xué)的繁殖策略，以維持較高的遺傳多樣性并降低近交水平。