DNA揭示貓的世係圖 千萬年前洲際大遷移 2007年08月19日 08:14:21 來源：環球科學
留在野生貓科動物DNA中的“基因組爪印”清楚地展示了貓科動物之間的親緣關係，也揭示了它們過去的幾次重大遷移。
; 貓科動物，神秘而優雅。它們不僅惹主人憐愛，也同樣引起了那些試圖破解它的起源和進化過程的科學家們的強烈興趣。現代貓科動物從何進化而來？又因為什麼原因、在什麼時候離開發祥地，遷移到其他大陸的呢？貓科動物有多少種類？它們之間的親緣關係又如何？
雖然專家們普遍認為貓科動物有37種，但他們對這些種的分類卻大相徑庭：有人認為貓科只有兩個屬，也有人認為是23個屬。除去皮毛，貓科動物之間的區別非常細微。即使對專家來說，要區分獅子和老虎的頭蓋骨也是一件頗具挑戰的任務。過去20年，我們所進行的遺傳研究，也沒能成功地對這些貓科動物進行明確的分類。
近年來，在對多種生物基因組測序的領域，以人類基因組計劃以及高新的DNA探測技術為先鋒，掀起了一場技術革命。正是這場革命為貓科動物的分類提供了一些非常有價值的方法。現在，我們利用這些新技術，在其他研究所同事的協助下，第一次構建出清晰明了的貓科動物世係圖。我們比較了現存貓科物種的30種基因的確切DNA序列，確定了世係圖中的分支。接著，我們利用有確切年份的化石以及“分子鐘”檢測（這種檢測方法根據特定基因之間的差異程度，來估計一個物種與另一個物種進化分離的時間），獲知每個分支形成的時間。研究結果第一次向我們明確展示了不同大小貓科動物之間的親緣關係，並使我們了解這些頂級捕食者是在什麼時候、通過什麼方式遷移到世界各地的。
進化次序
通過基因組測序，貓科動物的種係被成功劃分出來，但它們的發源地是哪裏？他們目前又生活在什麼地方？化石記錄將告訴我們答案。
我們首先注意到的是，DNA研究將這37種貓科動物劃分成了8個不同的集群，即種係（lineage）。令我們歡欣鼓舞的是，我們發現這8個僅僅依據分子檢測結果所劃分出來的種係，與其他的觀察結果一致。同一種係的物種通常具有這個種群所獨有的形態學、生物學及生理學特徵。舉例來說，其中一個種係包括了所有的大型嘯貓（獅子、老虎、豹、美洲豹和雪豹）。該種係的動物能夠咆哮，是因為頸部支持舌頭的舌骨沒有完全骨化。這個種係還包括鮮為人知的、具有美麗斑紋的中型貓科動物——雲豹和婆羅洲雲豹。這兩種雲豹因頸部不同的骨骼構造而不能咆哮。
對基因序列的比對，成功將貓科動物劃分成了不同的種係，並揭示了這些種係出現的先後次序。此外，借助化石校準，我們還確定了這些種係各自出現的時間。不過我們還需要另外兩種信息才能完善我們的推測，找出這些貓科動物的發源地，了解它們目前在地球上分布情況是如何形成的。
首先，我們確定了每一種貓科動物目前的分布情況，以及它們祖先的化石遺跡出現的地點。接著，我們又以地質學家的視角，來看待這個貓科動物的世界。地質學家根據沉積物的組成來推斷海平面的起落。當海平面下降時，陸橋將各個大陸連接起來，哺乳動物就能遷移到新的區域。當海平面再次回升時，各個大陸上的動物就又一次被隔離開來。脊椎動物研究顯示，大陸或島嶼之間的這種隔離，正好為一個種群的基因漂移和最終形成新物種提供了所需的條件。當基因漂移的程度足夠大，使得該種群不再能與先前的親緣種群的後代交配繁殖時，生殖隔離就出現了——這正是新物種形成的標志。有了這些認識，我們就能為貓科動物在歷史上的遷移，構建一條合理的路線。
根據化石記錄，研究者大多認為，900萬年前~2,000萬年前生活在歐洲大陸的一種被稱為假貓（Pseudaelurus）的貓科動物是現代貓科動物最近的共同祖先〔假貓並非地球上出現的第一種貓，一種被稱為獵貓（nimravids）的大型劍齒貓在3,500萬年前就出現了，但它們的後代幾乎全都滅絕了〕。然而，我們最近的分子研究卻顯示，所有的現代貓科動物都起源于一種1,100萬年前生活在亞洲的假貓。雖然還不能肯定這種始祖貓具體是哪一個物種，但我們認為現今37種貓科動物的“亞當和夏娃”就產生于這個遠古的種群。
洲際大遷移
800萬年前~1,000萬年前，獰貓係就開始了第一次洲際大遷移，隨著貓群的繁盛，它們已不滿足現有的領地，抓住機會從亞洲逐漸遷往非洲、北美洲，直至南美洲。
大約在1,080萬年前，第一個種群從這種神秘的亞洲始祖貓中分化出來，形成了包括現在的大型嘯貓和兩種雲豹的豹係（panthera lineage）（1）第二次分支也發生在亞洲，大約是在這之後140萬年。這一次分支產生了婆羅洲金貓係（Bornean bay cat lineage）（2），由3種現在仍然生活在東南亞的小型貓科動物組成。緊接下來，原始種群中又一次分支形成了獰貓係（caracal lineage）（3）。今天，3種中型貓科動物成為獰貓係的代表物種，它們祖先在800萬年前~1,000萬年前，進行了第一次洲際遷移，進入了非洲。那個時期的海平面比現在的海平面低60米，非洲與阿拉伯半島由紅海一端的陸橋連接起來，大大方便了這次貓科動物向非洲的遷移。
貓科動物要求後代分散生活，這種固有的行為模式引發了它們的遷移。一旦到了青春期，年輕的雄性（有時也可能是雌性）就會被迫讓出出生地。這樣，隨著時間推移，不斷增長的貓群就需要越來越大的領地。這種擴張領地的行為以及追蹤遷移獵物的壓力，也許可以解釋貓科動物遠距離遷移的動機。同時，它們還是極其熟練的捕食者，一旦機會出現，它們就會迅速探索新的區域，能成功地遷入其他地域也就不足為奇了。
亞洲貓科動物在遷入非洲的同時，也開始通過白令陸橋進入阿拉斯加。當這些貓科動物在亞洲、歐洲、非洲和北美大陸上徜徉時，海平面又開始回升，各個大陸再次隔離開來。隨著環境的改變，一些新的物種逐漸形成了。在北美洲，虎貓係（ocelot lineage）（4）和猞猁係（lynx lineage）（5）分別在800萬年前和720萬年前，從原先遷移至此的種群中分離出來。虎貓係最終形成了兩個物種，而猞猁係則產生了4個物種：3種猞猁和北美大山貓；670萬年前，美洲獅係（puma lineage）（6）分化形成，並產生了美洲獅、細腰貓以及美洲獵豹。在美洲礦床中，所有這些物種的化石遺跡都明確地顯示，它們起源于西半球。
大約200萬年前~300萬年前，新的冰河期導致海平面又一次降低，再加上大陸板塊的漂移，兩塊美洲大陸由巴拿馬地峽連接起來。一些貓科動物抓住了這個機會向南遷移，來到了一塊沒有胎生哺乳動物（如熊、狗、貓和臭鼬等動物）的大陸。當時，南美洲已經與北美洲分隔了上千萬年，這裏生活著大量有袋類動物，還包括了許多成功的肉食性動物。當動作迅速、靈巧、兇猛、致命的大型貓科動物經由巴拿馬地峽到達這裏時，它們立刻就成了這裏的終極捕食者，那些“溫順”的有袋類食肉動物完全不是它們的對手。很快，幾乎所有的常駐有袋類動物都被這群新遷入的肉食性動物所取代。虎貓係的貓科動物更是在它們新家，進一步分化產生了7個不同的物種，並在南美洲一直生活到今天。
大約12，000年前，隨著最後一個冰河期的消退，覆蓋在今天加拿大和美國北部的大冰原也逐漸融化，這片荒蕪的土地變成了森林和草原。冰雪融化之後，一場大洪水讓40種哺乳動物突然從北美大陸上消失了——更新世物種滅絕（Pleistocene extinction）使生活在那裏的75%的大型動物消失了。猛犸（mammoth）、乳齒象（mastodon）、恐狼（dire wolf）、巨型短面熊（massive short-faced bear）、巨型地懶（giant ground sloth）、古美洲獅（American lion）、劍齒貓（Saber-toothed cats）、美洲獅（puma）以及獵豹（cheetah）都從北美大陸上消失了。獵豹逃脫了滅絕的命運，是因為幾百萬年前海平面降低的時候，它們的一部分祖先回到了亞洲，然後進入了非洲。美洲豹則是在南美洲的避難地躲過了這場滅頂之災，並在許多代之後重返北美洲。而其他物種都永遠地從地球上消失了。（《環球科學》2007年第8期 撰文 斯蒂芬·J·奧布賴恩（Stephen J. O’Brien）沃倫·E·約翰遜（Warren E. Johnson）翻譯 趙瑾）
