物種的故事：果蠅的“諾貝爾獎之路”

近來，常有發現新物種的消息見諸媒體。例如，安徽大學、南京師范大學、中國科學院成都生物研究所等單位的研究者日前在國際學術期刊《動物》上，發表了一種“喜歡咬人”的壁虎新物種。這一物種被命名為“大別山壁虎”，發現于大別山地區的安徽省和河南省交界處。通過線粒體DNA片段信息比對并結合主成分分析和單因素方差分析，發現該物種處于生物進化（生物演化）中的獨立支系，在形態上與近緣種鉛山壁虎差異顯著。其特征性形態標志有四肢上的疣鱗、較多的肛前孔和較多的眼耳間疣鱗等。這一發現使壁虎屬的記錄數量增至87種，使我國壁虎物種記錄數量增至22種。有估計，我國平均每年發現的植物新物種就有大約200個，占全球年增新植物記錄種數的約10%；僅在2022年我國的脊椎動物名錄中就新增100多種。物種多樣性是保持、保護地球環境的重要基底。那么物種是如何演化的？物種又為何如此重要？

物種演變，生物進化的基本途徑

地球上的物種值得年年數、月月數、天天數嗎？絕對值得。

物種（簡稱種），是生態環境大家園中具有典型的獨一性的成員。就像我們的家人，每天晚飯時有一位不見回來就要惦記。一個嚴格意義上的物種是走上進化不可逆路徑上的“家庭成員”！因何不可逆？一個遺傳學物種是一組生殖隔離的種群（同一時間內在一定自然區域內生活的同種生物的全部個體），其成員與其他物種成員之間不能雜交或不能成功雜交。這就是說物種間的基因庫(一個生物群體中全部個體的所有基因總和)出現了遺傳上的隔離（交流障礙），物種自己的“血脈”只能由其本身延續；一個物種絕滅后，就不會再“回到”世間；生物演變、分化出新物種后，就不會再回復到祖型（即使是“返祖現象”，也只涉及生物體的少數特殊特征）。

根據現代達爾文進化理論(現代綜合進化論)，生物進化（簡稱進化）的基本單位是種群，進化的源泉是遺傳變異（包括基因、染色體〔基因的載體〕突變和由雜交實現的基因重組，變異產生多樣性），自然選擇是進化的主要動力，（生殖）隔離導致新物種的形成（物種起源）。

不難看出，物種演變是進化的基本途徑。生物和環境間協同進化，從平衡到不平衡，又達到新的平衡，不斷推動生物界的發展。生物的主要分類單位是界、門、綱、目、科、屬、種，例如蘋果就是被子植物門、雙子葉植物綱、薔薇目、薔薇科、蘋果屬內的一個物種。種以下還可分為亞種、變種等。物種是小進化（種內進化，如變種或亞種的形成）的終點,又是大進化（種上進化，如科、屬的發展）的起點。

獨特的物種，各懷“絕技”

作為生物分類的基本單位，每個物種均在自然界占據獨特的生態位（生態龕）。就重要性來看，甚至可以說是若干重要物種為人類提供了基本生存條件——小麥、水稻、玉米、大豆等作物，豬、牛、羊、馬等牲畜，以及雞、鴨、鵝、鴿等禽類。在此，筆者要介紹一種獨特的昆蟲——果蠅。這種僅毫米級長度的昆蟲，是諾貝爾獎的“常客”！

在雙翅目昆蟲中，有果蠅科，科下有果蠅屬。被簡稱為“果蠅”的是自然界的常見物種——黑腹果蠅。黑腹果蠅的雌蟲較雄蟲稍大，腹部背面有5條黑色條紋；雄蟲腹部背面只有2窄1寬的3條黑色條紋，且腹部末端稍圓，寬條紋延伸至腹面，第一對足的第一個跗節上有形如梳子的性梳。

為在孟德爾遺傳規律基礎上有所發展，美國遺傳學家摩爾根開始養殖這種生育能力強大的昆蟲。野生型果蠅的復眼(由許多小眼組成)是紅色的。1910年5月，摩爾根的實驗室里出現了一只白眼雄果蠅。摩爾根上下班攜帶這只果蠅往返于實驗室和家里進行培養、研究。他將這只果蠅與另一只紅眼雌蠅雜交，產生了1000多只后代個體，全是紅眼的；讓一只白眼雌蠅與一只正常的(紅眼)雄蠅交配，結果后代中雄蠅全部為白眼的，而雌蠅中卻都是正常的紅眼類型——紅白眼基因的遺傳與性別關聯，以此發現了基因處于性染色體上的伴性遺傳。在摩爾根團隊的努力下，基因定位于染色體上，同一對染色體上的基因（即相互連鎖的基因）可以因染色體片段的交換而發生重組的規律得以證明和闡述，從而繼孟德爾的基因分離定律、自由組合定律之后，誕生了遺傳學的第三個經典定律——基因的連鎖與互換定律。摩爾根將研究成果匯集于其著作《基因論》（1926年出版）之中，并獲得了1933年的諾貝爾生理學或醫學獎。

在摩爾根研究成果的基礎上，他的學生繆勒也希望借助很容易培養的果蠅來揭示遺傳、變異之謎。例如，他發現了彎曲翅突變體果蠅，并確定相應的基因在摩爾根預言但尚未觀察到的第Ⅳ對染色體上。為深入探究變異體，繆勒想出了妙招——把果蠅放在倫琴射線（X射線）下照射，結果在短時間內即得到了數百個突變體；高劑量X射線能使果蠅的突變率提高100多倍，為雜交育種和遺傳變異研究提供了良好的基礎。繆勒作為輻射遺傳學的創始人，榮獲了1946年的諾貝爾生理學或醫學獎。

果蠅的“諾貝爾獎之路”，還在繼續。路易斯、沃爾哈德和威斯喬斯以果蠅為材料，揭示了早期發育的遺傳機制，獲得了1995年的諾貝爾生理學或醫學獎；2004年的諾貝爾生理學或醫學獎頒給了動物嗅覺系統的研究者阿克塞爾和巴克。研究表明，果蠅的早期嗅覺系統與小鼠非常相似，因此這兩種動物被阿克塞爾和巴克用作模式生物。2011年，比特勒、霍夫曼和施坦曼因揭示免疫反應的激活機制共享了這一年的諾貝爾生理學或醫學獎。其中霍夫曼等科學家研究了果蠅的抗感染機制，發現一種蛋白質能夠識別致病性微生物，推動了免疫系統激活機制的研究。2017年，獲得諾貝爾生理學或醫學獎的是霍爾、羅斯巴什和邁克爾·揚，他們在生物鐘分子機制研究方面成果卓著。他們在果蠅中發現一種基因，這種基因控制著日常的生物節律。該基因編碼的蛋白質于夜間聚集在細胞內，而在白天被降解，如此產生生物鐘效應。

如今，果蠅早已成為生物學、醫學、生態學等相關研究中的重要模式物種。果蠅生命周期短（僅12天左右），個體小，容易培養、繁殖，染色體少而便于遺傳操作，且突變體多。可以看出，從摩爾根精心呵護的那只白眼雄果蠅開始，果蠅這種物種的研究幾乎貫穿了整個生命科學類科研的探究歷程，為生物的遺傳、發育、生理和人類健康、疾病等方面的研究立下了汗馬功勞。

飲食、健康和文化，離不開特異的物種

說完科學研究，我們回到日常生活。中華民族的傳統文化和血脈延續，離不開數不清的獨特物種。

我們來說說四大懷藥（懷山藥、懷菊花、懷地黃、懷牛膝）之一的懷山藥。山藥即薯蕷，又稱山芋、土薯和山薯等，屬于被子植物門、單子葉植物綱、百合目、薯蕷科、薯蕷屬的一個物種，是多年生藤本植物。其塊莖可作蔬菜，也可藥用，味甘而性溫，無毒而可健脾胃，有益肺腎、補虛羸等良好的功效。在河南省焦作市，有一個縣級市——沁陽市，夏朝時稱覃懷，元、明、清時稱懷慶路、懷慶府，馳名神州的懷山藥的名稱就源于其原產地——懷慶府。懷慶府所轄地域大體相當于現在的焦作市范圍。焦作市溫縣、沁陽等地的鐵棍山藥是眾多山藥品種之一，也是懷山藥中的精品，因呈桿狀且通體分布鐵銹般的痕跡而得名“鐵棍山藥”。

就像懷山藥為河南焦作人的送禮佳品一樣，浙江人以杭菊、北京人以燕山板栗、南北沿海和各地湖泊流域的人們以大閘蟹招待貴客。更別說黃山松所象征的自強精神，甚至一棵飽經風霜的老樹，都可能擁有“永恒的”生命。例如山西洪洞的老槐樹，是中華民族根文化的體現者！——“問我家鄉在何處,山西洪洞大槐樹。”

作為生物分類學的基本單位，物種是由具有相似遺傳特征的個體組成的生物群體。區分物種的標準有生殖隔離、形態特征和基因組差異等。每一個物種都占據一個生態位，表面上看很平常的某個物種，可能蘊含著獨特的魅力。例如金絲燕分泌的燕窩成為珍奢食品，蝙蝠的聽覺反饋機制啟迪我們探究精密的定位系統等。再比如前文所說的壁虎，其大家族是壁虎科，科下有壁虎屬，屬內有不同的物種，分別適用于不同的地域、氣候環境。壁虎具有捕食昆蟲（蚊、蠅等）的習性，是人類的朋友；干燥壁虎的全體均可入藥，味咸而性寒，是治療腫毒、驚風癲癇以及瘰疬結核等的藥材。

物種是大自然中最具活力的成員。人類對待物種的態度也已極大地影響著自身的生存和社會的發展。地球上出現過的物種絕大部分已經絕滅，留在世上的是鳳毛麟角；脆弱的物種無疑在包括不當利用甚至破壞資源在內的因素影響下消失了，適應性較強的物種也呼喚我們善待它們。它們也是與人類這一物種共同擁有一片藍天、一方土地的“地球村”村民。在人類的環保理念越發健全的今天，物種的生存、繁衍形勢在一定意義上總體向好；科技的進步也使新物種的發現和探秘日益加速。

（作者：梁前進，系北京師范大學生命科學學院教授）