來(lái)源：環(huán)球科學(xué)
圖片來(lái)源：Aimee Silla
如今，包括蛙類(lèi)在內(nèi)，兩棲動(dòng)物的滅絕速度超過(guò)了世界上的任何其他脊椎動(dòng)物?？茖W(xué)家和環(huán)保人士為它們建立了多個(gè)人工繁殖基地，卻依舊無(wú)法緩解這種趨勢(shì)。如何使瀕危物種中僅剩的幾只繁殖后代，緩解物種危機(jī)成為新的難題。但隨著育種技術(shù)的發(fā)展和人造棲息地的多樣化，未來(lái)或許我們還能聽(tīng)到一些瀕危蛙類(lèi)的叫聲。
撰文 | Stephanie Pain
翻譯 | 于穎卓
審校 | 楊心舟
大量蛙類(lèi)步入瀕危
幾年前，我意外地收到了朋友的一封郵件。這位朋友是蛙類(lèi)愛(ài)好者，他在郵件中寫(xiě)道：“Toughie死了?！盩oughie是一只巴拿馬樹(shù)蛙（Rabb‘s fringe-limbed tree frog），這只樹(shù)蛙曾在全球擁有眾多的粉絲，而我也是其中之一。Toughie長(zhǎng)得非?？蓯?ài)，但它卻因?yàn)橐粋€(gè)殘酷的事實(shí)而出名：它是世界上最后一只巴拿馬樹(shù)蛙。作為滅絕危機(jī)中種群的唯一幸存者，Toughie經(jīng)歷了眾星捧月但又十分短暫的一生。
Toughie（圖片來(lái)源：wikipedia）
2005年，一個(gè)動(dòng)物保護(hù)小組從巴拿馬一處偏遠(yuǎn)的云霧森林中，捕獲了Toughie和另外4只巴拿馬樹(shù)蛙，并將它們帶到美國(guó)進(jìn)行人工繁殖，希望以此來(lái)阻止巴拿馬樹(shù)蛙的滅絕。由于蛙壺菌的感染，該物種很快就從野外消失了，隨后人工繁殖也宣告失敗。到2012年，Toughie成了最后的幸存者，而它也于2016年9月去世。雖然我們?cè)缇椭繲oughie終將離去，但這并不能夠減輕我們受到的打擊。
今年，我一直關(guān)注著一只來(lái)自玻利維亞的西溫克斯水蛙（Sehuencas water frog）的命運(yùn)。這只英俊的水蛙名叫Remeo（羅密歐），十年來(lái)獨(dú)自生活在玻利維亞的科恰班巴自然歷史博物館的水族館里。它曾反復(fù)嘗試尋找伴侶，但均未成功。2017年底，Remeo放棄了對(duì)異性的呼喚，它似乎注定要面臨與Toughie相同的命運(yùn)。幸運(yùn)的是，由于網(wǎng)絡(luò)上其他人的幫助，這只西溫克斯水蛙有了避免孤獨(dú)終老的機(jī)會(huì)。
去年情人節(jié)的那天，Remeo的飼養(yǎng)員在網(wǎng)站上發(fā)布了Remeo的資料。這一舉動(dòng)帶來(lái)的大量捐款，資助和支持了另一支探險(xiǎn)隊(duì)的野外水蛙尋找工作。今年1月，博物館宣布探險(xiǎn)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了5只水蛙，其中包括2只雌性。鑒于野外黯淡的生存前景，探險(xiǎn)隊(duì)把它們帶回了水族館。Remeo終于找到了屬于自己的另一半，而它被取名為Juliet（朱麗葉）。
Remeo（圖片來(lái)源：美國(guó)物理學(xué)會(huì)）
每個(gè)春天，我家后院的青蛙似乎會(huì)抓住一切機(jī)會(huì)大量產(chǎn)卵，所以我天真地猜測(cè)Remeo的“婚后”生活也會(huì)十分順利，并熱切期待著小蝌蚪們的消息。然而結(jié)果不容樂(lè)觀，被圈養(yǎng)的水蛙似乎并沒(méi)有太大的繁殖熱情。如果西溫克斯水蛙這樣的瀕危動(dòng)物不進(jìn)行交配產(chǎn)卵，怎樣才能拯救它們呢？
對(duì)于蛙和蟾蜍來(lái)說(shuō)，我們可以用生殖技術(shù)來(lái)解決這一問(wèn)題。隨著兩棲動(dòng)物激素療法、人工受精和冷凍保存技術(shù)的迅速發(fā)展，人工圈養(yǎng)蛙類(lèi)誕下健康后代的機(jī)率也開(kāi)始提高。而目前受益于這些技術(shù)的瀕危物種還很少，但正如澳大利亞伍倫貢大學(xué)的生殖生物學(xué)家Aimee Silla所說(shuō)，這些技術(shù)預(yù)計(jì)能為更多的瀕危動(dòng)物提供幫助。Silla和同事Phillip Byrne在《動(dòng)物生物科學(xué)年度評(píng)論》中報(bào)道了該領(lǐng)域取得的成就。她說(shuō)：“這些技術(shù)具有很大的應(yīng)用潛力，而且激動(dòng)人心的突破層出不窮，因此我們有理由保持樂(lè)觀?！?/p>
地球上的生物多樣性正在以空前的速度削減，而兩棲動(dòng)物首當(dāng)其沖，其數(shù)量減少速度超過(guò)了任何脊椎動(dòng)物群體。2017年，世界自然保護(hù)聯(lián)盟（IUCN）列出了大約2100種瀕臨滅絕的兩棲動(dòng)物，幾乎占已知兩棲動(dòng)物物種的32%。根據(jù)IUCN的估計(jì)，這一數(shù)字可能還會(huì)繼續(xù)上升至55%左右。
其實(shí)我們很熟悉兩棲動(dòng)物數(shù)量銳減的幕后元兇——棲息地消失、氣候變化、環(huán)境污染、被作為食物過(guò)度掠取和愈演愈烈的野生動(dòng)物貿(mào)易。但現(xiàn)在還加上有史以來(lái)最嚴(yán)重的兩棲動(dòng)物傳染病，即壺菌?。╟hytridiomycosis）。最近，科學(xué)家對(duì)該病的影響進(jìn)行了評(píng)估，結(jié)果表明，這種可怕的真菌感染疾病導(dǎo)致了500多種兩棲動(dòng)物的數(shù)量減少，更有90種兩棲動(dòng)物因此滅絕。
20世紀(jì)80年代后期，爬蟲(chóng)學(xué)家首先敲響了物種滅絕的警鐘，并最終促成了科學(xué)界對(duì)蛙類(lèi)、蟾蜍及它們的近親進(jìn)行的全球評(píng)估。2004年發(fā)布的結(jié)果令人震驚：各地的兩棲動(dòng)物數(shù)量都在直線(xiàn)下降，一些物種甚至已經(jīng)消失。2005年，國(guó)際專(zhuān)家舉行了一次峰會(huì)，以制定相應(yīng)的保護(hù)措施。其中一項(xiàng)重要的提議是，動(dòng)物園、水族館和其他有能力的組織應(yīng)設(shè)法“拯救”瀕危物種和進(jìn)行圈養(yǎng)繁殖。
倘若一切順利，這些“人造保護(hù)性棲息地”將在一定程度上保留瀕危物種的遺傳多樣性。如果有合適的棲息地，剩余的后代可以被放歸野外，幫助增加或者恢復(fù)日漸減少的種群數(shù)量。
在這項(xiàng)計(jì)劃中，許多環(huán)境保護(hù)人士帶回了珍稀的蛙和蟾蜍，被圈養(yǎng)的兩棲動(dòng)物數(shù)量激增。其中的一些繁殖計(jì)劃取得了巨大的成功。例如，馬略卡島產(chǎn)婆蟾（Mallorcan midwife toad）已在野外重新建立了18個(gè)繁殖種群，脫離了瀕危物種的清單。坦桑尼亞的奇罕西噴霧蟾蜍（Kihansi spray toad）于2009年被宣布在野外滅絕，因?yàn)楫?dāng)?shù)氐囊粋€(gè)水利項(xiàng)目破壞了它們?cè)谄婧蔽鲘{谷瀑布旁的、充滿(mǎn)水霧的棲息地。于是人們?cè)O(shè)法為圈養(yǎng)繁殖的噴霧蟾蜍，制造了適合生存的水霧環(huán)境，而這一努力也得到了回報(bào)，成千上萬(wàn)人工飼養(yǎng)的噴霧蟾蜍被放歸到了奇罕西峽谷的人造水霧棲息地中。
馬略卡島產(chǎn)婆蟾。（圖片來(lái)源：維基百科）
輔助生殖技術(shù)
但對(duì)于其他許多被拯救的物種來(lái)說(shuō)，情況就不太樂(lè)觀了。有些物種無(wú)法產(chǎn)生卵子或精子，或雌雄個(gè)體產(chǎn)生配子的時(shí)間不同步；有些物種不能進(jìn)行必要的交配行為；還有少數(shù)物種產(chǎn)生了胚胎，但胚胎很難進(jìn)一步發(fā)育。密西西比州立大學(xué)的保護(hù)生物學(xué)家Andy Kouba曾研究過(guò)一些美國(guó)最罕見(jiàn)的兩棲動(dòng)物，他表示，現(xiàn)在除了滅絕危機(jī)外，還存在圈養(yǎng)繁殖危機(jī)。
為什么對(duì)兩棲動(dòng)物繁殖后代如此艱難？很大程度上，這主要因?yàn)槲覀儾粔蛄私庀∮形锓N繁殖的苛刻要求。蛙和蟾蜍是極其多樣化的動(dòng)物，通常具有許多高度分化的繁殖策略和習(xí)性。它們有些在水中繁殖，包括平靜的湖泊、湍急的溪流及淺淺的水池；另一些則在陸地上繁殖，從熱帶雨林的地面和樹(shù)冠，高山沼澤的苔蘚下到蘆葦叢的泡沫水池中。它們多數(shù)會(huì)通過(guò)體外受精方式繁殖，但也有一小部分是體內(nèi)受精。有些是一夫一妻制，有些則采用非?；靵y的多對(duì)多交配方式。
更重要的是，與交配有關(guān)的生理和行為變化會(huì)與一系列環(huán)境和社會(huì)因素相聯(lián)系，包括濕度、溫度或壓力的變化，更明亮、更長(zhǎng)的白晝，同伴的呼喚，冬眠的結(jié)束，或一場(chǎng)突如其來(lái)、標(biāo)志著雨季開(kāi)始的傾盆大雨。一旦某個(gè)物種瀕臨滅絕，我們就幾乎沒(méi)有機(jī)會(huì)在野外對(duì)其進(jìn)行研究，因此很難找到交配的觸發(fā)因素?！坝行r(shí)候我們可以弄清楚交配的誘因，并成功讓它們進(jìn)行交配，但是對(duì)于很多其他物種，無(wú)論我們?cè)趺磭L試也找不到正確答案?！?Kouba解釋道。
因此三種輔助生殖技術(shù)（ART）應(yīng)運(yùn)而生：（1）激素治療，該方法可以促使不情愿的伴侶進(jìn)行交配，或誘導(dǎo)卵子和精子的發(fā)育和釋放；（2）體外受精，增加后代的數(shù)量和多樣性；（3）精子或卵子冷凍技術(shù)，以備不時(shí)之需。
少數(shù)瀕危物種已經(jīng)從這三種技術(shù)中受益。例如，在澳大利亞，激素治療將不愿意配對(duì)的科羅澳擬蟾（northern corroboree frog）變成了熱情似火的戀人，這樣能確保它們都為下一代貢獻(xiàn)了自己的基因。來(lái)自美國(guó)拉勒米平原的懷俄明蟾蜍（Wyoming toad）在野外已滅絕，但多虧了激素和人工受精技術(shù)，它們的種群數(shù)量又開(kāi)始恢復(fù)。另外，冷凍的精子也為落基山脈南部瀕臨滅絕的西部蟾蜍（Anaxyrus boreas）貢獻(xiàn)了一些后代。
西部蟾蜍。（圖片來(lái)源：維基百科）
但是要完成這些工作其實(shí)并不容易。盡管近70年來(lái)科學(xué)家一直在開(kāi)展一些基礎(chǔ)研究，來(lái)使用激素和體外受精技術(shù)培育兩棲動(dòng)物胚胎，但到了20世紀(jì)90年代，當(dāng)生物學(xué)家試圖借助這些技術(shù)來(lái)增加更多的兩棲動(dòng)物數(shù)量時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室的那套流程只適用于特定的對(duì)象，因而無(wú)法在野外直接采用。經(jīng)過(guò)數(shù)年對(duì)激素劑量的調(diào)整和測(cè)試，第一種有效的治療方法才最終確立。另外，哪怕只是將精子和卵子融合這樣的簡(jiǎn)單任務(wù)，也耗費(fèi)了不少精力。
隨著人造保護(hù)性棲息地?cái)?shù)量的迅速增加（許多仍然無(wú)法進(jìn)行自然繁殖），人們的緊迫感日益增強(qiáng)。“我們意識(shí)到，這項(xiàng)研究必須抓緊進(jìn)行，”Silla表示。而現(xiàn)在，辛苦的工作得到了回報(bào)。她補(bǔ)充說(shuō)：“近年來(lái)，輔助生殖技術(shù)發(fā)展得很快。”
激素療法之所以能夠刺激性腺成熟以及卵子和精子釋放，主要依靠?jī)煞N激素注射：促性腺激素釋放激素和人絨毛膜促性腺激素（一直到20世紀(jì)70年代，這些激素實(shí)驗(yàn)主要為了研究人類(lèi)的妊娠行為）。有些物種對(duì)第一種激素的反應(yīng)最好，而另一些物種則更適合第二種，同時(shí)注射劑量和方案也至關(guān)重要。Kouba表示：“每個(gè)物種都不相同，因此要找到合適的激素并確定治療的時(shí)間和頻率可能要花費(fèi)幾年的時(shí)間?！遍L(zhǎng)期以來(lái)，為新物種找到合適的治療方案就是一個(gè)試錯(cuò)的過(guò)程。如今，對(duì)于大約20個(gè)物種，科學(xué)家們已經(jīng)確定了相應(yīng)的激素療法。
隨著激素治療方案數(shù)量的增加，一些規(guī)律漸漸浮出水面，而這有助于科學(xué)家們找到更多合適的激素療法。例如，兩棲動(dòng)物的祖先譜系似乎決定了激素的選擇，一些蛙類(lèi)和蟾蜍家族的成員對(duì)第一種激素的反應(yīng)更好，而其他家族的成員則更適合第二種激素。
Silla和Byrne認(rèn)為，演化因素也可能成為預(yù)測(cè)最佳精子收集時(shí)間的關(guān)鍵，因?yàn)樾坌援a(chǎn)生精子的數(shù)量及其釋放速度與物種的交配策略息息相關(guān)。
在非一夫一妻制的物種中，雄性之間的競(jìng)爭(zhēng)推動(dòng)了睪丸向更大的方向演化，它們會(huì)產(chǎn)生更多的精子并更快地將其釋放。例如西澳大利亞的佐治亞索蟾（它的別名叫quacking frog，因?yàn)樗鼤?huì)像鴨子一樣嘎嘎叫）是一妻多夫制，許多雄性成群聚集在一個(gè)產(chǎn)卵雌性周?chē)?。那些雄性有巨大的睪丸，里面充滿(mǎn)了數(shù)以萬(wàn)計(jì)的精子。注射激素后，它們會(huì)在數(shù)分鐘內(nèi)開(kāi)始釋放精子。不過(guò)，Silla發(fā)現(xiàn)最佳的收集時(shí)間是在注射7個(gè)小時(shí)后，那時(shí)精子的釋放量會(huì)達(dá)到峰值。
與之形成鮮明對(duì)比的是澳洲南部夜宴蛙（southern corroboree frog），它是生活在新南威爾士州雪山的的極度瀕危物種。這種青蛙采取一夫一妻制，這也意味著它不需要產(chǎn)生很多精子，也不必對(duì)交配感到著急，因此它的睪丸很小。根據(jù)Silla和Byrne的說(shuō)法，在注射激素后，他們要等待很長(zhǎng)時(shí)間才能獲得精子。Silla說(shuō)：“在這種蛙中，需要注射36個(gè)小時(shí)后才能達(dá)到精子釋放的峰值，而我們最終也只收集到了幾百個(gè)精子?！?/p>
澳洲南部夜宴蛙。（圖片來(lái)源：the conversation）
配子收集后，需要的第二種技術(shù)是體外受精，它能夠讓育種者控制后代的親緣關(guān)系，從而可以在小群體優(yōu)化遺傳多樣性。雖然理論上聽(tīng)起來(lái)很簡(jiǎn)單，實(shí)踐中卻并不容易。傳統(tǒng)的方法是將卵子和切碎睪丸中獲得的精子放入培養(yǎng)皿中混合靜置幾分鐘，然后用水淹沒(méi)它們。溶液突然被稀釋會(huì)促使精子變得活躍。
但是在保護(hù)動(dòng)物時(shí)，我們不能直接去獲得睪丸。取而代之的是，育種者必須等精子移動(dòng)到泄殖腔并與尿液混合后才能收集它們。對(duì)于某些蟾蜍，只要把它們拎起來(lái)并放到盤(pán)子上，它們就會(huì)排出精液和尿液的混合物。如果這樣做不起作用，則可以通過(guò)對(duì)腹部施加輕微的壓力。蛙類(lèi)則更難獲得精子，育種者可能需要使用細(xì)導(dǎo)管來(lái)完成收集工作。
此外，育種想要獲得成功還取決于精子和卵子的混合比例是否正確，是否加入了激活精子的特定液體，以及其他很多原因。
第三種技術(shù)，也就是冷凍保存技術(shù)，同樣可以提高種群數(shù)量并確保瀕危物種的遺傳基因健康。因?yàn)榻邮芗に丿煼ǖ膬蓷珓?dòng)物通常產(chǎn)生精子和卵子的時(shí)間不同步，冷凍保存技術(shù)可以先存儲(chǔ)一種性別的配子，直到我們獲得另一種性別的配子。
精子的長(zhǎng)期儲(chǔ)存也為遺傳多樣性的優(yōu)化開(kāi)辟了新的可能性。一些收集好的卵子可以用許多不同雄性的精子來(lái)受精，動(dòng)物園和水族館的種群可以交換精子，我們甚至可以讓野生和圈養(yǎng)的個(gè)體進(jìn)行雜交。特別是具有抵抗疾病等有特殊價(jià)值的個(gè)體，可以在死亡后的很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)繼續(xù)貢獻(xiàn)自己的基因。
但是，正如你所想的那樣，實(shí)際操作比聽(tīng)起來(lái)要復(fù)雜得多。精子的儲(chǔ)存要比卵子更容易，精子凍存的試驗(yàn)已經(jīng)在越來(lái)越多的物種身上取得了成功。Kouba和同事一起創(chuàng)建了美國(guó)國(guó)家兩棲動(dòng)物基因組庫(kù)，他表示：“最初精子解凍后恢復(fù)活性的概率只有5%，現(xiàn)在可以達(dá)到50%至70%。我們還可以保存活體動(dòng)物體內(nèi)的精子，并用它們來(lái)培育后代?！?/p>
而冷凍卵子是另一碼事：由于卵子尺寸很大，含有卵黃，水分含量高，并且還有著果凍狀厚外層，這些特征導(dǎo)致科學(xué)家們至今未能成功將其冷凍。Kouba表示，這個(gè)問(wèn)題必須解決?！袄鋬鼍哟_實(shí)要簡(jiǎn)單得多，但如果只能保留雄性基因組，而那只是整個(gè)基因組圖譜的一半而已?！?/p>
建立更多育種項(xiàng)目
到目前為止，盡管需求巨大，但受益于輔助生殖技術(shù)的瀕危物種數(shù)量仍然很少。在某些育種項(xiàng)目中，許多或所有由此產(chǎn)生的后代仍被圈養(yǎng)，以幫助維持人工棲息地的運(yùn)轉(zhuǎn)。另一些則重新回到了野外：超過(guò)30萬(wàn)只波多黎各鳳頭蟾蜍（Puerto Rican crested toadlets）已被放生到了原本的島嶼，數(shù)百只澳洲北部夜宴蛙也回到了屬于它們的亞高山沼澤地。Silla在研究過(guò)程中培育的所有澳洲北部夜宴蛙都被放生了，對(duì)此她感到十分自豪：“我很激動(dòng)，這不僅是基于實(shí)驗(yàn)室的研究，而且是真實(shí)的保護(hù)行動(dòng)?！?/p>
波多黎各鳳頭蟾蜍。（圖片來(lái)源：維基百科）
在未來(lái)不久，也會(huì)出現(xiàn)更加先進(jìn)的生殖技術(shù)，但我們無(wú)法很快將其應(yīng)用于兩棲動(dòng)物的育種工程中。而與此同時(shí)，數(shù)百種兩棲動(dòng)物正瀕臨滅絕。Kouba表示：“現(xiàn)在最急切的需求之一就是建立更多的育種項(xiàng)目，以拯救更多的物種?！?/p>
有了運(yùn)氣、耐心和其他一些要素，有些物種的數(shù)量或許能夠自行恢復(fù)。但對(duì)于其他物種來(lái)說(shuō)，或許仍要寄希望于人類(lèi)的幫助?！翱傮w而言，與所有受到威脅的兩棲動(dòng)物數(shù)目相比，我們所拯救的不過(guò)是九牛一毛?！盞ouba說(shuō)，“但是對(duì)于我們正在積極研究的那么些蛙和蟾蜍而言，卻會(huì)產(chǎn)生舉足輕重的影響?！?/p>
坐在書(shū)桌前，我可以聽(tīng)到一只普通青蛙的叫聲。我感到很幸運(yùn)，因?yàn)橛?guó)的7種兩棲動(dòng)物中有3種會(huì)來(lái)我的后院漫步，有些甚至決定常駐于此。它們還有上千種引人入勝的同伴令我想要一睹真容——從小小的寶石色的箭蛙（dart frog）和優(yōu)美的玻璃蛙（glass frog）到喀喀湖的布滿(mǎn)褶皺的陰囊蛙（scrotum frog）之類(lèi)的大家伙——盡管我知道我可能不會(huì)見(jiàn)到它們，但如果它們消失的話(huà)，我會(huì)感到十分悲傷。至于Remeo？他現(xiàn)在又再次開(kāi)始呼喚異性了——我也仍在查看它的Twitter 賬戶(hù)是否發(fā)布了新消息。
評(píng)論列表
我一直有關(guān)注，真的很有幫助
求助