撰文?希拉里·羅斯納（Hillary Rosner）

希拉里·羅斯納是美國科羅拉多州的自由科學撰稿人，作品見于美國《國家地理》、《紐約時報》、《連線》等出版物。

翻譯?馮志華

隨著全球氣候日趨變暖，樹木的生存環境也面臨挑戰。盡管無法將樹木遷移到更好的生存地，但科學家一直嘗試通過新的辦法來挽救這些植物。加拿大不列顛哥倫比亞大學森林保護遺傳學中心主任薩莉·N·艾特肯一直在研究一種叫作人工基因漂移的方法。其主要原理是“如果將某些物種從原有棲息地人工遷移至新的棲息地，該物種攜帶的某些性狀也會隨之‘遷移’”。她認為這種研究手段能幫助本地物種接收到新的性狀，以更好地適應未來的環境。

2013年，艾肯特與同事在一篇論文中首次提出了“人工基因漂移”這一概念，其核心是移植物種體內的基因，即通過人工的方式將一些生物移植到遠離原有棲息地的地方。人工基因漂移在遺傳學上非常精確，是一種可定量的方法。

研究人員開啟了一項規模宏大的“適應樹”計劃。在其中一項小型云杉試驗中，林業人士從低海拔地區采集云杉或美國黑松的種子并將其種植到高海拔地區。隨著該地區溫度逐漸升高，移種的種子開始生根發芽并向周圍散播有助于適應溫暖環境的基因，幫助整片森林起到調節作用。判斷哪種樹木能夠應對未來的氣候變化并不是一件輕而易舉的事，研究人員因此選擇了南到加利福尼亞州中部，北到阿拉斯加地區的14種云杉納入此項試驗。而后，研究人員發現了35個與耐寒及萌芽時間相關的DNA片段，并計劃通過篩查更多樹木的基因組尋找與更多環境適應性相關的基因和蛋白。研究者認為，如果能在需要特定性狀的種群中傳播具有優勢的等位基因并且使其變化節奏與氣候變化恰好保持一致，這項研究在未來就有很大的用武之地。

 

“麻煩”的氣候帶

生物種群內的繁殖速度部分決定其能否適應環境變化，因為每一代新的生物出現都意味著其產生了新的適應機會，但長壽的樹木卻很難適應氣候變化。對森林的生長而言，前20年是其風險最大的一段時間。只要度過此段時間，樹木的生命力就會變得更加堅韌。但在這個全球變暖趨勢增強的時代，氣候變化很可能會一直持續。研究人員希望把一些較耐熱的樹木移植到未來可能變熱的地區，但必須考慮該樹木如何適應當地現階段的寒冷氣候。

“我們要瞄準的對象是一個‘移動靶’”艾特肯說，“如果想要讓樹木的移植時間與氣候變化達到最高的契合度，我們必須思考應該提前10年還是提前30年就開始行動？”從風險管理的角度出發，研究人員利用增加物種多樣性的方法同時進行本地與外地樹種的種植。

利用人工基因漂移有望增加一片森林的遺傳多樣性，工作人員只需在這片森林的基因庫中添加少許“材料”就能促進“漂移”的發生。這樣一來，當環境發生變化后，雖然一些樹木在短期內會受到傷害，但同時另一些受益于漂移基因的樹會熬過這段艱難時期，保住這片森林。當然，在漂移基因發揮作用之前，整片森林需要保有足量的健康樹木以繁育后代。艾特肯表示，相較真正的外來樹種入侵，近緣物種圈內遷移帶來的生態風險要小得多。

當然，人工基因漂流也并非完美無缺，它很可能會增加本地物種基因庫的突變數量。有害的基因突變甚至會對更大種群的生存造成威脅。澳大利亞墨爾本大學的遺傳學家安德魯·威克斯贊同這一觀點但也表示，該問題也能得到自我糾正：“自然選擇之所以美，就在于它會淘汰有害突變。基因漂移技術能從某種程度上提高基因庫的多樣性，當種群在面對未來的未知挑戰時，更多樣的基因庫會創造出更好的生存機會。”

2009年，加拿大不列顛哥倫比亞省開始修訂人工移植樹種的條例，并于同年啟動了人工遷移試驗。研究者選擇了15種重要的經濟樹木，將它們從原始的棲息地移植到新的家園，其中一些樹種的移植距離甚至超過了數千千米。研究者介紹，該項試驗希望通過選擇一些極端情況從而為研究提供一種工具。這種方法不僅能為樹木的長距離遷移提供指導，還可以幫助人們從更好的角度來觀察樹木的命運。另外，這一試驗還將通過遺傳學分析方法預測移植后樹木的命運。在這項龐大的研究計劃中，研究者仔細分析了云杉和美國黑松基因中組中數百萬個位點的龐大DNA序列，并開發出一個快速篩查的方法對約5萬個相對較短的DNA序列的單核苷酸多態性進行分析。他們將在這項工作完成后著手尋找能將樹木與其原始棲息地相匹配的特異多態性位點。在目前已完成的首批600棵幼樹鑒定中，研究者已經從中發現了許多有價值的遺傳標記物，這可以解釋生活在不同地區的樹種對寒熱旱澇等不同環境的適應方式以及基因是怎樣發揮自身作用的。

塑造未來森林

雖然不列顛哥倫比亞省在樹木遷移方面已經取得了較多成果，但挑戰卻依舊存在。除了科學領域不斷出現的問題外，樹種管理也存在問題。此外，想要改變人們的觀念也非常困難。研究者需要說服管理部門相信基因組數據，讓其跳出局限看到問題所在。“如何將核苷酸多態性和DNA序列數據翻譯為林業人士能懂的語言是一個非常關鍵問題”艾特肯說。

DNA里記錄著生命的密碼，健康的樹木更是自然環境中不可或缺的重要一環。在不斷變化的世界中，需要將一些樹木遷移到新的領地開枝散葉才能更好地推動其繁茂生長，而這個目標的真正實現需要人類的共同努力。

 

本文由《環球科學》（《科學美國人》中文版）供稿，編者有刪改。

 

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基因漂移重塑森林

圖文簡介

隨著全球氣候日趨變暖，樹木的生存環境也面臨挑戰。