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蒼穹下的獨白/吹皺一池春水的DNA與猛禽研究

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蒼穹下的獨白/吹皺一池春水的DNA與猛禽研究

文/林思民

1994年的時候,有一篇著名的學術論文發表在影響卓著的《美國國家科學院院刊》(PNAS)。根據粒線體DNA定序的結果,這篇文章顯示新大陸的美洲兀鷲跟其他舊大陸的禿鷲是趨同演化的結果。這群特殊的超級大鳥雖然也食腐,但是跟大家所熟悉在非洲大草原上爭食斑馬屍骸的禿鷲並不相同,反而與禿鸛、白鸛、火鶴這些長腿涉禽有更緊密的親緣關係。

在更進一步討論之前,我們先來看看所謂的「美洲兀鷲」到底是什麼古怪的東西?在分類上,美洲兀鷲科總共有七種鳥。最常見的例如紅頭美洲鷲和黑美洲鷲,早期的西部片之中,當槍手們站在沙漠裡掏槍決戰,天上盤旋著死神的信差,就是牠在人心目中最傳神的印象。但是美洲兀鷲科也包含了全世界最色彩繽紛的猛禽—王兀鷲,全世界最瀕危的鳥類—加州神鷲,以及全世界最巨大、翼展可超過三公尺的安地斯神鷲。大家公認這兩種神鷲就是全世界最壯觀的飛行機器,「沒有之一」。

「天哪!神鷲和兀鷲竟然不算是猛禽?」這麼魁武、雄偉的飛行機器,怎麼可以跟鬆頹毛稀的禿鸛相提並論呢?這個暫時性的結論,顯然讓很多猛禽愛好者們玻璃心碎了一地。其實1994年的這篇文章並不是第一個提出類似主張的研究報告。早在1990年,鳥類遺傳學家就已經提出類似的想法,只是受限於當時的分子生物學技術還未臻成熟,大家一直都沒有正式接受這樣的概念。等到1994年的論文刊出,「神鷲其實是禿鸛的親戚」這種觀念才再度成為賞鷹人的話題焦點。

我們直接把時空快轉20年吧。來到了21世紀的第二個十年,DNA的技術跟過去相比之下,早非同日而語。過去的研究者必須使用對人體有危害的放射性物質,在大片的膠片上,用人工一字一句拼湊DNA的序列。但是時至今日,科學家可以利用細微的晶片,在短短的幾小時之後,就拿到以「億」為單位計數的序列資訊。這些技術不只增進了研究的效能,也提升的研究的精準度。在這過去二十年中,DNA的威力吹皺了一池春水,席捲全世界的分類學者。不光只是猛禽,所有類群的生物專家,都藉由這個強而有力的工具而重新檢視他們手上的樣本。

在這20年間,鳥類學的分類架構也順應著新技術的拓展,而產生劇烈的改變。2014年和2015年各有一篇論文刊登在《科學》(SCIENCE)和《自然》(NATURE),利用大量定序的基因組序列重新建構所有鳥類的親緣關係。在這兩篇論文之中,科學家們終於讓美洲兀鷲重新回到日行性猛禽的隊伍;但另一方面,大家也驚訝地發現:另外一個猛禽家族的重要成員,全世界飛行速度最快的遊隼和牠的同類,最近的親戚竟然不是鷹和鵰,而是其他小型的鳴禽。從此之後,「鷲」重回「鷹」的懷抱;而「隼」則正式跟「鷹」分家,成為完全不同的類群。這個有趣的歷史沿革,充分呈現了現代分子生物學技術對分類學研究的影響。

回到國內,台灣自己的研究人員,曾經用DNA在猛禽身上做過什麼有趣的研究嗎?東華大學許育誠老師的發表,或許是國內最早的一篇研究論文。2006年,當時即將剛從博士班畢業的許老師,利用DNA的親子鑑定技術來鑑別蘭嶼角鴞的偶外配對行為。大部分的鳥類會在繁殖季節形成自己的巢位和領域,但是由於巢位和巢位之間雞犬相聞,領域也常有重疊,所以公鳥母鳥在外偷腥的行為時有所聞。在社會行為上忠貞,但孩子卻是隔壁老王的後代,在這種現象在鳥類學中是非常熱門的研究議題。許老師利用DNA技術鑑定蘭嶼角鴞的親子關係,發現除了極少數的意外,大部分巢內的孩子仍然是屬於親生的父母,顯示蘭嶼角鴞「民風純樸」,也算是鳥類之中的模範夫妻。

國內第二篇跟分生有關的猛禽論文也是貓頭鷹。2013年,台中市野生動物保育學會的林文隆跟我們實驗室合作,意外發現台灣出現的北方鷹鴞(或稱日本鷹鴞)有兩個不同的族群,而兩群之間已經在遺傳上有相當程度的分化。北方鷹鴞在台灣的居留狀況非常特別,過去的文獻甚至長年以來都誤以為牠只是一個冬候鳥;直到2012年,牠在中部地區的繁殖紀錄才被林文隆等人系統性地記錄下來。但是這個怪鳥顯然也會遷移,甚至有人曾經在光天化日之下拍攝到牠橫越海洋的鏡頭,導致牠的分類和留棲狀況都非常難以界定。我們的研究發現台灣的繁殖族群和來自北方的遷移族群已經有相當程度的遺傳差異,而這個研究也幫助我們初步瞭解遷移物種與留棲物種之間的演化現象。


▲北方鷹鴞。(圖/王李廉攝)

DNA鑑定的第三個妙用是在性別鑑定。大部分的猛禽並不像雉雞或孔雀,並不會展現鮮艷的求偶羽色,導致很多猛禽在外觀上完全無法判斷公母。這時候利用DNA技術檢測性染色體中攜帶的基因,就可以讓我們一窺猛禽的性別。同樣也是來自我們實驗室和台中野生動物保育學會的合作:曾威和林文隆兩位年輕的貓頭鷹達人,利用DNA檢測了過去七年之中經由機場鳥網進入救傷系統的接近200隻短耳鴞。這些貓頭鷹每年秋天從高緯度的寒帶繁殖地南下,族群一路四散到中低緯度各地度冬。過去有一些研究推測短耳鴞的遷移路徑是有公母差異的,其中公鳥遷移的距離較近,選擇緯度較高的地方越冬;而母鳥遷移的距離較遠,選擇緯度較低的地方越冬。在我們即將發表的文章之中,曾威和林文隆發現台灣度冬的短耳鴞之中高達四分之三是母鳥,只有四分之一是公鳥。台灣這邊是短耳鴞最南方的穩定度冬點,而且是相近緯度之中唯一有機會進行系統性研究的地方;所以我們的短耳鴞,也成為全世界所記錄「陰盛陽衰」的現象最明顯的度冬族群。

夜行性的貓頭鷹非常不容易觀察,更遑論進行詳細的研究;在上述這三個例子之中,DNA的工具正好提供了我們更多的線索,得以拼湊出這些江湖秘客的輪廓。而我們實驗室在過去這幾年之中陸續發表的幾個新物種,包括翠斑草蜥、鹿野草蜥、泰雅鈍頭蛇,或是為了支持婚姻平權而命名的「彩虹大臍蝸牛」,也都受惠於DNA研究技術的進展。科學研究的本質,來自人類承認自己的無知,並反映著生物學家們對真相的渴望。利用日新月異的DNA技術,猛禽專家們還能挖掘出什麼更有趣的生物知識呢?就讓我們繼續拭目以待吧!

(林思民 台灣猛禽研究會副理事長/台師大生科系教授 大學時代受到猛禽的吸引,而由物理系轉行進入生態演化領域,目前任教於台灣師範大學生命科學系。主要以兩棲爬行動物、淡水熱帶魚、野生動物貿易作為研究題材,但在課餘時間仍醉心於猛禽觀察,並長期擔任台灣猛禽研究會的志工。曾經發表「翠斑草蜥」、「鹿野草蜥」、「泰雅鈍頭蛇」三個爬行類新種,撰述原生緬甸蟒在金門的分布現況,也是「2014年國際十大新種」,以婚姻平權命名的「彩虹大臍蝸牛」的共同作者之一。)

新聞授權來源 Nownews

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