大熊猫的保护遗传学和演化生物学研究

作者：黄姤

说起“冰墩墩”这个名字，想必大家一定不会陌生，今年北京冬奥会就是用它作为这一届运动会的吉祥物，由于这个小家伙实在是太可爱了，让全世界的人民都“为墩疯狂”，甚至一度出现了“一墩难求”的稀缺情况，你是不是其中之一呢？

尽管大熊猫深受我们每一个人的喜爱，但是关于大熊猫的生物学知识我们却知之甚少，乃至对它们产生了一些误解。从上个世纪七十年代开始一直到现在曾一度认为大熊猫的种群数量在一直持续下降、遗传多样性受限制、繁殖能力有限以及只吃竹子等一些生物学特征的问题，甚于认为大熊猫已经走到了演化的尽头，即将面临种群灭绝的风险。当然这些都是我们对大熊猫的误解，通过以下四个问题，为大家科普一下大熊猫的实际情况：

(相关资料图)

种群数量衰减；遗传多样性贫乏；繁殖能力弱；不适宜进食竹子;

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种群数量衰减

种群数量指的是大熊猫现存的数量有多少只，这个问题首先要从大熊猫种群数量调查开始说起。统计大熊猫的数量不是去野外实地盘它们的个数。它们是常年生活在崇山峻岭之中的“竹林隐士”，在野外是很难见到大熊猫的，识别大熊猫当中的每一只个体主要是通过它们的排泌物--糞便。

大熊猫的粪便可以清楚看到是一节节的，咀嚼消化后排泄出来的残余物叫做“咬节”，而咬节的长短是与大熊猫的年龄有着必然的联系：

咬节长的代表年龄是比较大。咬节短的代表年龄是比较小。

图源：网络｜图解：大熊猫的粪便（左）

经过整合大量的大熊猫粪便，结合每团粪便相隔的距离，可以得出一个结论，也就是可以识别出它们当中的每一只个体：

假如两团粪便相隔的距离超过了1.5公里，那么就判定这是两只个体；假如两团粪便相隔的距离在1.5公里以内，那么就判定这是一只个体；还有另外一种情况就是当咬节的长度相差大于2毫米时，也可以判定为这是两只个体；

沿用以上的判定方法，我国对野外大熊猫的种群数量开展了4次全国大调查，调查间隔的时间是10年多一次，这是世界上唯一一个被调查过4次的物种。

第一次调查的时间是1974-1977年，一共发现了2459只；第二次调查的时间是1985-1988年，一共发现了1114只；第三次调查的时间是1999-2003年，一共发现了1596只；第四次调查的时间是2011-2014年，一共发现了1864只；

从上面调查的数据可以知道，1974年至1985年间大熊猫的数量急剧下降了将近一半，也就是第二次调查的结果，造成了人们对大熊猫的误解，认为它们出现了种群衰退的情况。事实上，造成它们数量减半的主要原因是这11年间有大面积的森林受到了大量的采伐，大熊猫的栖息地减少，直接导致了数量的急剧下降。

但是在第三次和第四次调查的结果显示大熊猫的种群数量是在一直持续增加的，这是因为1998年长江发生了大洪水之后，开始实行禁止森林采伐工程，森林生态环境得到了有效的保护，大熊猫的栖息地也恢复了，因此它们的种群数量也增加了。

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咬节长度小于2毫米的，并且每团粪便相隔的距离在1.5公里以内的，就一定是一只大熊猫个体吗？

答案是否定的，因为这是调查大熊猫种群数量的一个保守估计数量。

基于现在的科学水平，想要得到确切的种群数量，可以用「分子粪便学」这项分析技术来完成，所研究的对象大熊猫的粪便是有一层薄薄白色粘液的，这是它们的肠道粘液分泌后所留下的，肠道粘液里含有大量的脱落细胞，这些脱落的细胞会伴随大熊猫的粪便排出体外。既然有了细胞那就意味着可以从中提取到大熊猫的DNA，从而鉴定出每只大熊猫的个体。

举例说明:

在四川王朗自然保护区采集到的245份大熊猫粪便样品，经过「分子粪便学」的技术分析后，鉴定的结果是66只大熊猫个体。但是第三次大熊猫数量调查使用的是传统的“咬节”判定法，结果鉴定出四川王朗自然保护区这个调查点的数量是27只个体。由此可见，分子粪便学是比传统的咬节判定法的个体数量要高的，足足多出了39只。第四次调查的数量有1864只，但是野生大熊猫的实际数量是超过2000只的，所以说传统的判定法是大大地低估了野生大熊猫的数量，同时也证实了大熊猫种群数量确实是在持续增加的。

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遗传多样性贫乏、繁殖能力弱

近亲繁殖会导致遗传多样性下降，直系血亲和三代以内的旁系血亲会存在一些不良的基因，一旦近亲繁殖就会出现更高概率的纯合，遗传的基因会存在一定缺陷的，所以遗传多样性低会给种群的发展带来局限性的，造成的后果是不堪设想的。相反遗传多样性高就意味着种群有更大的演化潜力空间，适应用进废退的生存法则使得种群的演化会更加优越。

既然大熊猫的数量比教稀少，那么它们的遗传多样性也低吗？

答案是否定的。

胡仪波先生以及他的团队通过研究大量的样品来解释了大熊猫遗传多样性这个问题，他们分析了159只野生大熊猫的遗传信息，得到的结论是大熊猫与北极熊、眼镜熊等一些熊类动物相比，大熊猫的遗传多样性是高于这些熊类的，这表明了大熊猫具备较高的演化潜力。

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误解其中之一认为大熊猫的繁殖能力弱，它们的演化已经到头了，真的是这样吗？

答案是否定的。

我国圈养的大熊猫有673只，圈养的大熊猫有一个优点，那就是可以避免近亲繁殖，维持它们的遗传多样性，让它们更加接近野外大熊猫的质量。

造成误解主要是因为圈养的大熊猫在繁殖过程中存在的“三个繁殖问题”——发情难、配种受孕难以及幼崽存活难。

但是真实的情况并不是这样的，动物园里圈养的大熊猫已经克服了“三个繁殖问题”。由于野外大熊猫幼崽生活的环境与圈养的不同，因此存活难这个问题也是不同的，野外大熊猫是很难抚育双胞胎的，因为它们并不会像其它熊类那样冬眠，每天都在山林里爬走，觅食的时候母熊猫只会照看一只幼崽，而另外一只幼崽一旦跟不上母熊猫，那么这只幼崽将会被遗弃。与野外的大熊猫情况类似，圈养的大熊猫同样也是不能抚育两只幼惠的，但是动物管理人员采用轮流喂养双胞胎的方法：每天让母熊猫喂养一只幼崽，另外一只由动物管理人员人工喂养，通过人工轮流获取母乳喂养的这种方法，幼崽的存活率大大地提高了，所以幼崽存活难这个问题在动物园里被克服了。

既然圈养的大熊猫可以成功繁育，那么野外的大熊猫又是怎样的呢？

答案是肯定的。

野外大熊猫的求偶、交配、产崽、育幼等行为都是非常稳定、正常的。在繁殖的季节时，一只雌性大熊猫通常会吸引到多只雄性大熊猫的靠近，当雄性大熊猫聚集在一起时，雄性大熊猫就会为了得到优先交配权而互相打斗，打斗的结果一般都是体型较大的、身体强壮的一方获胜，战利品是优先交配权，败下阵来的大熊猫，身体和脸上都会伤痕累累，恰恰是这些伤痕为红外相机区分出每一只大熊猫个体提供了依据。

大熊猫的发情期是在三四月份，母熊猫一般怀孕五个月后在八九月份产下幼崽。大熊猫不会有北极熊或棕熊的冬眠行为，事实上北极熊或棕熊的幼崽是在冬眠期的日子里长大的，冬眠期过后幼崽已经完全可以独立爬行了。

但是大熊猫幼崽的成长主要是依靠母熊猫的抚育，大熊猫通常只会抚育一只幼崽，等到幼崽长到十八个月或三十个月的时候幼崽已经长大成年了，此时母熊猫就会将它们赶出家门，让它们自立门户，从此就分道扬镳，甚至一辈子都不会再相见，因此我们在野外看到独自生活的大熊猫幼崽通常都是健康的，从求偶、交配、产崽、育幼等方面反应出野生大熊猫的繁殖能力并不弱。

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“演化尽头论”的最后一个论点——大熊猫不适宜吃竹子？

答案是否定的。

虽然竹子是一种低营养、高纤维的禾本科植物，但是大熊猫从竹子当中获取的营养足够维持大熊猫的生长发育所需。

大熊猫在多方面演化出了良好的适应能力，在身体构造方面它的熊掌有一个称为伪拇指或者第六指的特殊结构，它是由大拇指侧的一块小骨头膨大形成，从而可以跟大拇指进行有力的对握，能够敏捷地将竹子牢牢握住，更加容易撕扯竹子上的竹叶。在所有的食肉动物种群里，仅仅只有大熊猫和小熊猫拥有伪拇指，而其他的食肉动物都没有有力抓握东西能力。

因为大熊猫的脸颊附着了发达的咬肌，所以它们的头部是一个毛茸茸的的圆脑袋，发达的咬肌有利于咀嚼，配合宽大而平坦的日齿便更加容易碾磨竹子，让大熊猫可以轻松地消化掉竹子。因此大熊猫在形态上已经演化出对吃竹子有很好的适应能力。

竹子是一种营养很低的食物，大熊猫为了能够获取足够的营养，在食物充足的情况下，它们会优先挑食竹子最有营养的部分，营养价值最高的竹笋；在食物不充足或者没有竹笋的情况下，它们也是会挑食刚刚生长一年左右的嫩竹叶和竹竿，新生的嫩竹叶和竹竿的营养价值都是很高的；而那些已经生长了很多年的老竹子，大熊猫基本上碰都不会碰，因为年老的竹子基本上都没有什么营养。

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大熊猫从不冬眠，冬季如何维持恒定的体温？

覆盖着大熊猫的毛皮足于让它们在寒冷的冬季里维持恒定的体温，虽然我们家里养的猫和羊体表都覆盖着毛皮，但是猫和羊的毛皮是很稀薄的，但是大熊猫的毛皮要比猫和羊的厚很多，浓厚的毛皮会阻隔大熊猫的体温散发，起到了非常好的保暖作用，同时浓厚的毛皮会使得大熊猫的体表温度变低，让体表的温度接近于寒冷的空气，这就是大熊猫能够维持恒定体温的秘诀。

在陡坡上、稠密的竹林和灌木丛中是很难看见大熊猫踪迹，它们主要活动在一些广阔的山林和平缓的山坡上，选择这样的栖息地是主要是为了节约能量，这也是大熊猫身体维持恒定体温的策略之一。

无论是野外或者是圈养的大熊猫，它们每天消耗的能量只有自身重量的37%，与树懒和考拉相比，37%是接近于树懒的，但是却比考拉低，因为树懒和考拉都是移动很缓慢的动物，自然它们每天所消耗的能量是很低的，然而野外的大熊猫每天都穿梭在山林中，圈养的大熊猫又是很好动的，因此大熊猫每天消耗的能量与树懒相近，比考拉低，说明了在节约能量上大熊猫有自己的一套方法。

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大熊猫行动是很迟缓的，平均每天移动的距离不会超过500米，行动一小段距离后就会原地休息，一天当中有一半的时间，它们都会用来休息，而另外一半时间它们都在进食，这样子的做法就是为了尽量地减少能量消耗。

竹子的主要成分是纤维素和半纤维素，其他哺乳动物包括我们人类在内，都是没有办法消化纤维素的和半纤维素的，大熊猫却可以轻松地消化掉，因为它们的肠道里有一种纤维素酶蛋白蛋，其他哺乳动物缺少这种蛋白质。

大熊猫的肠道里有一种梭菌微生物分泌出纤维素酶蛋白质，这种蛋白质可以溶解掉纤维素和半纤维素，并且转化为营养提供给大熊猫；此外它们的肠道里还有一种丁酸梭菌微生物分泌出丁酸盐脂肪酸，这种脂肪酸可以增强磷脂类的合成代谢，这给大熊猫生长的需求和机体发育所需的营养提供了保障。

大熊猫通过挑食的方式，减少能量的流失以及形态上和消化系统的演化，表明它们已经完全适应从竹子中获取充足的营养，成为唯一一种进食竹子的物种。

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既然大熊猫只进行竹子，那么竹子大规模枯死会不会造成食物短缺？

因为竹子偶尔也会发生大规模开花而枯死的自然现象。竹子是禾本科植物，也会开花、最后整株枯死，但是竹子一般都是40-60年才开一次花的，开花的周期比较长，所以竹子大规模开花的场景是很难见的，即使是寒冷的冬天，竹子也是绿葱葱的，大熊猫不会为食物而犯愁。

但是竹子大规模开花的现象确实有发生过，例如四川邛崃山系和岷山山系在1970-1980年间，大面积的森林地受到了采伐，又遇上罕见的竹子大规模开花，造成了大熊猫的食物短缺，最终损失了100多只大熊猫，从此大熊猫的命运引起了全世界人民的关注，熊猫专家乔治·夏勒在《最后的熊猫》一书中写道：“因为大规模竹子开花、人类盗猎以及栖息地破碎化的影响，对大熊猫的命运抱有比较悲观的态度。”

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大熊猫如何应对竹子大规模开花，会造成食物短缺吗？

主要有两种应对方法：

1.迁移扩大栖息地；

2.以其他品种的竹子为食；

竹子大规模开花只会是其中一种竹子开花，并不是几个品种的竹子一起开花，大熊猫的栖息地主要分布在秦岭山系、岷山山系、邛崃山系、大相岭山系、小相岭山系和凉山山系，每个山系当中至少生长着7个品种以上的竹子可以作为大熊猫食物。

这两种应对方法说明，如果六大山系的栖息地环境在没有被严重破坏的情况下，大熊猫进食其他品种的竹子是可以应对竹子大规模开花而枯死现象的。

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黄姤结语·大熊猫为什么会是濒危物种？

最古老的熊猫化石出土于云南，距今已有800万年的历史，大熊猫在演化的道路上走了800万年，在800万年的演化过程中，曾与大熊猫同时期的剑齿象、剑齿虎等剑齿类动物早已灭绝了，而大熊猫能够演化至今确实不容易，它们必定经历了一些重大事件。

过去，重构800万年前如此遥远的物种演化历史是一件很困难的事情，加上熊猫的化石分布也是零零散散，可供研究的化石样品又不多，很难断定大熊猫的种群数量变化。

现在，现代基因遗传学技术的飞快发展，分析大熊猫基因组水平的变异，能够很好地重构出大熊猫在过去几百万年的历史演化痕迹。

图源：网络｜图解：远古大熊猫骨架复原图

更新世时期的最后两个冰期导致全球气候变化，严重威胁到了大熊猫的生存，造成了它们的种群数量造成了剧烈性下降。近万年来，随着地理位置的变迁，生态的破坏以及古气候变化的影响，大熊猫的种群被割裂为六个孤立的地理种群。

古气侯变化、地理位置变迁和生态的破坏是造成大熊猫成为濒危物种的罪魁祸首，并不是大熊猫自身的生物学上出现问题。因此无论是从种群数量、遗传多样性、繁殖能力、对竹子的适应性，还是从造成大熊猫濒危的因素上看，大熊猫在野外都生活得很好，并不是人们所认为的那样，它们还没有走到演化的尽头。

2016年，世界自然保护联盟根据我国野外现存的大熊猫种群数量，已经将大熊猫从“濒危”物种的名单中移除，并将它们降级到了“易危”物种，这是我国在保护野外大熊猫方面取得的显著成效。

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虽然大熊猫已经不是濒危物种，但是仍然需要持续地保护它们，并且要维持好它们的生存状况，因为还有很多因素会给它们带来威胁。

1.栖息地割离与种群的个体数量；

现存的1864只野生大熊猫分别生活在33个割离的地理种群中，其中有22个种群的个体数量不足30只；有18个种群的个体数量不足10只；虽然还有几个大的种群，但是小的种群整体占比较多，这些种群的存亡都在经受着考验。

2.犬瘟热、寄生虫、疾病等；

犬瘟热是一种会传染的病毒，严重的会造大熊猫死亡。陕西楼观台大熊猫繁育中心在2014年底就发生了犬瘟热病毒感染，繁育中心原本只有20多只大熊猫，病毒感染后造成了5只大熊猫死亡，这次的重创造成了繁育中心损失了1/4的大熊猫。

3.环境污染、全球气侯变化等因素；

野外大熊猫生存的自然环境也会影响着大熊猫的存亡，良好的生态系统可以为它们提供充足食物。干净的水源、空气可以调节优质的大气循环和、水循环、土壤质量、竹子的茂盛以及洪涝灾害，甚至可以调节野生动物疫病的发病率。

秉承“绿水青山就是金山银山”的生态理念，对大熊猫以及它们的栖息地的保护是刻不容缓的，虽然目前大熊猫的种群和栖息地状况在不断地好转，野外看到大熊猫的概率也越来越常普遍，这说明新的保护措施，无论是从生物学的角度还是从保护管理的成效上看，大熊猫必定有一个健康成长的自然环境。

关键词： 遗传多样性 野生大熊猫