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熊貓瀕危是因為繁殖力差嗎?

科學松鼠會_96
・2013/12/05 ・3781字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 501 ・六年級

大熊貓應該不需要太多的介紹吧。
食肉目熊科,竹子為主食但別的也照吃,分佈於陝甘川一帶山區,因為棲息地的縮小和碎片化而歸入IUCN紅名冊的「瀕危」——

咦,等一下,平常都說大熊貓瀕危是因為它繁殖力不行嗎?難道牠不是連生養孩子都不會的活該絕滅「死胡同」嗎?

我們對「熊貓繁殖力差」的印象,幾乎肯定是來自以前動物園圈養的熊貓。在上個世紀的圈養環境下,這的確是事實,而且往往伴隨很多血淋淋的慘劇。

1936-1945年間有14隻大熊貓運出中國,倫敦動物園一地便獲得5隻,但無一例繁殖成功。1961年第一隻圈養環境下大熊貓在北京出生,但因為飼養員沒有經驗,溫度調節不當,數天後便死去。1972年美國獲贈的一對大熊貓「玲玲」和「興興」性成熟之後又花了五年才首次懷孕,隨後十年裡產下五隻幼體卻全部夭折。歷史上,熊貓圈養繁殖的「三難」讓不知多少飼養員費盡心血。

但是,圈養繁殖力其實什麼問題也說明不了。

道金斯講過一個故事。一次會議上,一位學生抱怨說他養的石蠶無論如何都不肯繁殖,這時下面一個老師說:「你有沒有試過把它們的頭都擰掉?」

我們不知道這種石蠶是不是真的需要掉腦袋才能繁殖,但這的確是可能的—有多種螳螂和蜘蛛為例。這個故事的寓意是,很多動物我們暫時不知道它們野外如何生存,或者知道了也無法複製野外環境。這時不僅是繁殖,對它的一切行為、甚至是某些生理過程都要存疑。圈養研究自身當然有巨大的價值,但不能代替野外的行為觀察,這也正是我們不但需要動物園、也需要野生保護區的原因。

更何況,這些年來國內許多熊貓保護區在人工繁育上都有重大突破……

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05年臥龍保護區的一張合影。16只熊貓幼仔全部為當年出生。
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12年成都保護區的合影。可能是有幾隻太小了所以沒讓抱?

那麼大熊貓在野外的真實繁殖情況又如何呢?

不同的動物有不同的生存策略,要比較繁殖力的話不能跨界。熊貓的繁殖力顯然不如貓,但你怎麼不和大腸桿菌去比呢……因此最佳的比較對象應該是大熊貓的現存最近親—熊科的其他7個物種。(過去大熊貓曾經單立一科,但現在較多的意見是把它歸入熊科。)

我們先用數據說話:

一隻典型的雌性熊貓大約在6歲時生頭胎。我們不清楚野外熊貓平均每胎幾隻,但大多數情況下只有1隻出巢。這隻出巢的熊貓幼仔,成活率(能夠成功活到2歲左右,脫離對母親的依賴)大約是70%-90%。只有養大了當前的孩子,母親才會去懷下一胎,平均每2.2年繁殖一次。總歸來說,到20歲可以養大5-6隻後代。

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帶著幼仔的熊貓媽媽。

相比之下,一隻加拿大地區的棕熊,8歲生頭胎,平均每胎2隻,成活率60%,每4年繁殖一次,到了20歲也不過養大5隻後代。

當然加拿大對於棕熊來說並不是最好的環境,其它地方的棕熊繁殖力會略高一些。但現在這些殘破的棲息地也不是熊貓最好的環境。歷史上絕大部分熊貓化石是在當時500-700米的海拔出現的,而現在很大程度上因為人類的壓迫,熊貓已經退縮到海拔1500-3000米的區域了。

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現代大熊貓分佈圖。

無論如何,從數值來看,熊貓的繁殖力大概算不上「出色」,但和別的熊比起來並不落下風。既然大部分熊在野外過得都不錯,我們沒有理由認為大熊貓瀕危和它的繁殖力有關。

可惜用數據思考並非人類的長項,眼見耳聞的行為顯然更直觀。所以我們還是一一分析下大熊貓的行為特徵吧。

大熊貓發情難、性冷淡?

在過去的圈養條件下,的確如此;但野外不一樣。要知道野生的大熊貓雄性平均有9.8平方公里的領地,雌性更是有23.7平方公里。熊貓平時獨居、不觸犯他人領地,但繁殖期的時候會聚到一起實行群婚制,幾隻雄性會相互競爭,雄性和雌性都可與多個異性交配,不論平日生活還是戀愛都相當自由。相比之下,圈養大熊貓大多只能生活在狹小的籠子裡,許多動物園更是因條件所限只能養一對,能不得抑鬱症就不錯了,還被催婚,這叫人家怎麼產生愛情。野外大熊貓成年後表現出繁殖行為的比例是100%,而到2000年為止圈養大熊貓只有26%,根本比不上。

大熊貓缺乏性教育和育兒教育?

圈養條件下那是當然。野生的熊貓幼仔8-9個月斷奶,但之後依然跟在母親身邊,到了1.5-2.5歲才基本自立(有的到了這時候還賴在母親身邊,雖然生活不依靠母親了)。相比之下,早期的圈養繁殖追求短平快[註],往往幼仔6個月就強行斷奶、拖出去分居,以免影響母親下一個發情期。這樣的幼仔能學到性教育才怪。

但這件事情背後有個更大的悲劇:圈養母親自己可能都沒有受到過性教育。

八十年代竹子開花時熊貓保育界一片恐慌,擔心熊貓自此絕種。(事實上熊貓吃掉的竹子生物量不過2%,而那一次竹子開花隻影響了20%-30%,熊貓依靠夾雜其間的未開花部分能夠生存。有影響,但沒有那麼嚴重。)於是我們本能地就想去大熊貓的棲息地裡「搶救」所謂的「老弱病殘」來圈養,而搶救回來的一半以上是未成年個體。

這些未成年個體幾乎都是獨自待在巢穴裡或者樹上,我們想當然地以為是被母親遺棄的。但事實上熊貓經常把幼仔安置在安全的地方,自己出去覓食,遺留期通常在4-8小時不等,但有時甚至可以長達一兩天。那時我們對大熊貓的野外習性幾乎一無所知,哪裡會想到要等這麼長時間,遇到的都捉回來了。

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[臥龍保護區爬在樹上的熊貓幼仔。]

結果自然是這群圈養熊貓中很多個體連繁殖和育兒的知識底子都沒有。今天許多圈養熊貓的繁殖行為,某種意義上是飼養員摸索出來之後反過來教給熊貓的。

大熊貓幼仔發育不良、存活率低?

熊貓幼仔個頭是真的很小,但存活率低則是沒根據的說法。先前已經提到,熊貓野外存活率可以達到70%-90%,要知道今天的查德和阿富汗等國家,人類兒童存活率(5歲之前不夭折)也不過是80%;中世紀的歐洲這個數值更是只有可怕的50%。數據在此,所謂「熊貓媽媽不會養孩子」的說法也不攻自破。當然早期圈養下存活率是真低,不過圈養問題已經說得夠多了……

值得一提的是為什麼幼仔小?其實不止大熊貓,熊科所有物種的幼仔個頭都很小,出生時全都不能生活自理。這個現象的主流解釋是,熊科在懷孕期往往面臨食物匱乏。

哺乳動物孕期依靠胎盤來提供營養。胎盤並不是讓母子的血液相混合,僅僅是二者的毛細血管接觸,因此形成了物質運輸的屏障。小分子的單糖可以基本自由出入,但是大分子的脂肪酸則幾乎不能通過。

如果是人類的孕婦,沒有問題。現代人的主食本來就是澱粉類物質。平常情況下的熊是雜食的,也可以應付。但是熊的孕期正值冬天,沒有多少食物,主要靠體內儲備的脂肪酸氧化供應能量,胎兒無法享受到這個能量來源……剩下的就只有分解自身的蛋白質了,而這是竭澤而漁的行為。

因此,熊科的祖先演化出了一個辦法——提前分娩。嬰兒一旦出生,營養的重任就從胎盤轉移到了乳腺,而乳腺分泌脂肪酸是沒有問題的,幼兒也能正常消化吸收。熊科生物原本就沒有多少捕食者,而熊媽媽會在胎兒出生後一段時間內放棄其他一切行為、寸步不離撫育胎兒(對於大熊貓而言一般是2-3個星期),所以對生存並不會有什麼影響。至於大熊貓沿用這一策略的原因還不甚清楚,可能是歷史遺留問題。但無論如何,在野外環境下,大熊貓幼仔的存活率依然很高,我想這就夠了。

大熊貓生下雙胞胎也只能養活一隻?

這大概是事實。在人工圈養條件下,大熊貓平均每胎生1.4隻,出現雙胞胎時自己多半只能養活1隻。野外環境下我們不知道平均一胎生多少,但一隻熊貓媽媽帶兩隻幼仔的情況也確實相當罕見。

不過在自然界裡,養不活全部後代其實很正常。如果沒有人類的干擾,母貓自己能養大五分之一的小貓就相當不錯了……就算在熊科裡,其它的熊也養不起太多的孩子。棕熊的上限也就是2-3隻,如果一胎生下4隻的話多出來的幾乎肯定要死掉。

為什麼要這麼「浪費」呢?有可能是為了保險,防止其中一隻太早夭折或者流產。有可能是賭博,萬一環境條件比較好能養活兩隻就賺到了。但是對於大熊貓而言,這還有可能是一份淒涼的遺產—也許在人類的擴張影響到熊貓之前,它們本來是可以養活兩胎的。

說真的,許多動物都可以嘲笑大熊貓和其它熊科動物生殖力差,哪怕這樣的嘲笑是跨區比較、並不公正—-但是連人類也來的話就實在是太諷刺了。因為人類自己的繁殖力簡直是差到極點-—雌性個體要經歷十多年才能性成熟,常常不到三十年就停經。在農業和定居出現之前平均4-5年才能繁殖一胎,大多數情況下每胎都只有一個幼體。現代文明出現之前的幼體死亡率異乎尋常地高,甚至到了成體也不例外。和熊貓平均每年0.46胎的繁殖率、70%以上的幼體成活率、接近95%的成體年生存率相比,我們難道不應該害臊嗎?

但我們沒有害臊,因為我們其實都明白,生殖力僅僅是生命的無數指標之一。每一個物種都有自己的生存策略,有自己「擅長」的領域;有些物種很成功,有些不那麼成功,但是我們眼中所見的每一個生命迄今為止都生存了下來,它們都是自然選擇的勝利者。我們應當尊敬它們,正如我們尊敬我們自己一樣。大熊貓的策略並不以繁殖力見長,但它的生存並沒有因此受到影響。

可是照此說來,大熊貓瀕危的罪魁禍首又是誰呢?

  • 轉載自科學松鼠會,作者
  • [註] 短平快:中國用語,指投資效益高、回收快,或者指男女很快進入婚姻、感情平淡、離婚也快。

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6個關於熊貓瀕危的真假傳言

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科學松鼠會是中國一個致力於在大眾文化層面傳播科學的非營利機構,成立於2008年4月。松鼠會匯聚了當代最優秀的一批華語青年科學傳播者,旨在「剝開科學的堅果,幫助人們領略科學之美妙」。願景:讓科學流行起來;價值觀:嚴謹有容,獨立客觀


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揭開人體的基因密碼!——「基因定序」是實現精準醫療的關鍵工具

科技魅癮_96
・2021/11/16 ・1998字 ・閱讀時間約 4 分鐘

為什麼有些人吃不胖,有些人沒抽菸卻得肺癌,有些人只是吃個感冒藥就全身皮膚紅腫發癢?這一切都跟我們的基因有關!無論是想探究生命的起源、物種間的差異,乃至於罹患疾病、用藥的風險,都必須從了解基因密碼著手,而揭開基因密碼的關鍵工具就是「基因定序」技術。

揭開基因密碼的關鍵工具就是「基因定序」技術。圖/科技魅癮提供

基因定序對人類生命健康的意義

在歷史上,DNA 解碼從 1953 年的華生(James Watson)與克里克(Francis Crick)兩位科學家確立 DNA 的雙螺旋結構,闡述 DNA 是以 4 個鹼基(A、T、C、G)的配對方式來傳遞遺傳訊息,並逐步發展出許多新的研究工具;1990 年,美國政府推動人類基因體計畫,接著英國、日本、法國、德國、中國、印度等陸續加入,到了 2003 年,人體基因體密碼全數解碼完成,不僅是人類探索生命的重大里程碑,也成為推動醫學、生命科學領域大躍進的關鍵。原本這項計畫預計在 2005 年才能完成,卻因為基因定序技術的突飛猛進,使得科學家得以提前完成這項壯舉。

提到基因定序技術的發展,早期科學家只能測量 DNA 跟 RNA 的結構單位,但無法排序;直到 1977 年,科學家桑格(Frederick Sanger)發明了第一代的基因定序技術,以生物化學的方式,讓 DNA 形成不同長度的片段,以判讀測量物的基因序列,成為日後定序技術的基礎。為了因應更快速、資料量更大的基因定序需求,出現了次世代定序技術(NGS),將 DNA 打成碎片,並擴增碎片到可偵測的濃度,再透過電腦大量讀取資料並拼裝序列。不僅更快速,且成本更低,讓科學家得以在短時間內讀取數百萬個鹼基對,解碼許多物種的基因序列、追蹤病毒的變化行蹤,也能用於疾病的檢測、預防及個人化醫療等等。

在疾病檢測方面,儘管目前 NGS 並不能找出全部遺傳性疾病的原因,但對於改善個體健康仍有積極的意義,例如:若透過基因檢測,得知將來罹患糖尿病機率比別人高,就可以透過健康諮詢,改變飲食習慣、生活型態等,降低發病機率。又如癌症基因檢測,可分為遺傳性的癌症檢測及癌症組織檢測:前者可偵測是否有單一基因的變異,導致罹癌風險增加;後者則針對是否有藥物易感性的基因變異,做為臨床用藥的參考,也是目前精準醫療的重要應用項目之一。再者,基因檢測後續的生物資訊分析,包含基因序列的註解、變異位點的篩選及人工智慧評估變異點與疾病之間的關聯性等,對臨床醫療工作都有極大的助益。

基因定序有助於精準醫療的實現。圖/科技魅癮提供

建立屬於臺灣華人的基因庫

每個人的基因背景都不同,而不同族群之間更存在著基因差異,使得歐美國家基因庫的資料,幾乎不能直接應用於亞洲人身上,這也是我國自 2012 年發起「臺灣人體生物資料庫」(Taiwan biobank),希望建立臺灣人乃至亞洲人的基因資料庫的主因。而 2018 年起,中央研究院與全臺各大醫院共同發起的「臺灣精準醫療計畫」(TPMI),希望建立臺灣華人專屬的基因數據庫,促進臺灣民眾常見疾病的研究,並開發專屬華人的基因型鑑定晶片,促進我國精準醫療及生醫產業的發展。

目前招募了 20 萬名臺灣人,這些民眾在入組時沒有被診斷為癌症患者,超過 99% 是來自中國不同省分的漢族移民人口,其中少數是臺灣原住民。這是東亞血統個體最大且可公開獲得的遺傳數據庫,其中,漢族的全部遺傳變異中,有 21.2% 的人攜帶遺傳疾病的隱性基因;3.1% 的人有癌症易感基因,比一般人罹癌風險更高;87.3% 的人有藥物過敏的基因標誌。這些訊息對臨床診斷與治療都相當具實用性,例如:若患者具有某些藥物不良反應的特殊基因型,醫生在開藥時就能使用替代藥物,避免病人服藥後產生嚴重的不良反應。

基因時代大挑戰:個資保護與遺傳諮詢

雖然高科技與大數據分析的應用在生醫領域相當熱門,但有醫師對於研究結果能否運用在臨床上,存在著道德倫理的考量,例如:研究用途的資料是否能放在病歷中?個人資料是否受到法規保護?而且技術上各醫院之間的資料如何串流?這些都需要資通訊科技(ICT)產業的協助,而醫師本身相關知識的訓練也需與時俱進。對醫院端而言,建議患者做基因檢測是因為出現症狀,希望找到原因,但是如何解釋以及病歷上如何註解,則是另一項重要議題。

從人性觀點來看,在技術更迭演進的同時,對於受測者及其家人的心理支持及社會資源是否相應產生?回到了解病因的初衷,在知道自己體內可能有遺傳疾病的基因變異時,家庭成員之間的情感衝擊如何解決、是否有對應的治療方式等,都是值得深思的議題,也是目前遺傳諮詢門診中會詳細解說的部分。科技的初衷是為了讓人類的生活變得更好,因此,基因檢測如何搭配專業的遺傳諮詢系統,以及法規如何在科學發展與個資保護之間取得平衡,將是下一個基因時代的挑戰。

更多內容,請見「科技魅癮」:https://charmingscitech.pse.is/3q66cw

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《科技魅癮》的前身為1973年初登場的《科學發展》月刊,每期都精選1個國際關注的科技議題,邀請1位國內資深學者擔任客座編輯,並訪談多位來自相關領域的科研菁英,探討該領域在臺灣及全球的研發現況及未來發展,盼可藉此增進國內研發能量。 擋不住的魅力,戒不了的讀癮,盡在《科技魅癮》