我收集了全世界老虎的基因，为华南虎理清了家谱
我收集了全世界老虎的基因，为华南虎理清了家谱
华南虎作为中国特有的虎亚种，其起源和演化历史一直备受关注。北京大学生命科学学院研究员罗述金通过20年的研究，收集了来自10个国家的134份现代虎亚种基因样本，揭示了华南虎与其他虎亚种之间的遗传关系，以及中国在亚洲虎种群迁徙和演化中的重要地位。
重庆动物园的华南虎 | 亚菲
中国人一直有对虎的崇拜和喜爱。然而，唯一中国特有的亚种华南虎，却在野外灭绝了。华南虎跟东北虎等其他亚种是什么关系呢？在地球史上，虎是怎么形成今天的分布格局的？这篇文章整理自猫科动物专家罗述金老师的讲座，罗老师会带我们一起回顾中国虎的演化历史（节选）。
研究背景与方法
大家好，我是北京大学生命科学学院的研究员罗述金。很高兴有这个机会，聊一聊我过去20年关于虎的遗传方面的工作。
我本科就读于北大的生物化学和分子生物学专业，然后在美国明尼苏达大学获得保护生物学的博士学位，之后又在NIH从事基因组学的研究，2009年回到北大，建立了自己的独立实验室。
这20年我的研究工作地点换来换去，研究的主线之一，一直都是虎，我觉得这也是我的幸运。
我的工作是研究虎亚种之间的遗传差异，来确定虎的演化起源和遗传多样性的格局。很多同事和朋友一听说我是研究虎的，就会问我“你是不是经常在野外追老虎？”其实我在野外追踪虎的经历很少，我的主场其实是在博物馆和动物园采样，以及在实验室的“搬砖”。
因为我们进行遗传学分析，需要老虎的DNA样品，要从各种奇怪的材料里提取DNA，分析遗传起源。有万年级别的化石样品，还有博物馆硝制过的虎皮，甚至泡过酒的虎骨等。
20多年前，我做博士论文的时候，有幸得到世界各地的保护生物学家、生态学家的帮助，收集了10个国家，134份确定来源地点的现代虎亚种基因样本。有印度的、苏门答腊的，还有来自中国动物园协会的华南虎样本。
基于这些样品，在2004年，我们第一次重现了虎亚种的演化历史。
虎作为物种的历史有200万年，现代虎最近的共同祖先不到10万年。但现代虎的不同种群之间的遗传差异，足以支持它们分成不同的亚种。
在我国东北和俄罗斯远东地区分布的是东北虎，中国南部的是华南虎，在印度次大陆的是孟加拉虎，东南亚地区有一个印支虎，马来半岛的虎和印支虎有着显著的遗传差异，我们定义为一个新的亚种，在印尼的岛屿上还有苏门答腊虎。还有三个灭绝的亚种，分布在印尼的爪哇虎和巴厘虎，分布在中亚的里海虎，我国新疆曾经有里海虎分布。
但是，我的博士论文还留下了一个问题，就是华南虎的起源。
华南虎起源之谜
华南虎真的存在吗？
这张图展示了虎亚种的演化树，每一种颜色代表我们主观划分的一个亚种
左边是根据线粒体DNA构建的演化树，右边是根据微卫星（microsatellite，一种重复的基因序列，因为在不同的个体间差异很大，常被用于基因检测）构建的演化树。
在这两个演化树上，红色的是东北虎，绿色的是苏门答腊虎，蓝色的是孟加拉虎，橙色的是马来虎，黄色的是印支虎，粉红色的是华南虎，这些亚种同一种颜色的“树枝”都出现在同一个树杈上，代表它们在基因上有着统一的起源。
比方说绿色的部分都集中在一个树杈上，代表“苏门答腊虎”确实是一个遗传上独特的亚种。
但是，粉红色的华南虎的亚种确认存在问题。
我的研究用了5只华南虎的样本，来源于重庆动物园和苏州动物园，我们发现它们的基因呈现出两个遗传分支。有一个分支与印支虎非常接近。这究竟是动物园里把印支虎和华南虎杂交的结果？还是曾在华南地区分布的野生虎本来就来源于不同的支系？
这是当时我们最大的困惑，这个问题也直接影响到圈养华南虎的谱系和管理，华南虎独立亚种是否成立？我们的圈养种群是否代表华南虎的野生亚种？
探究华南虎的演化历史
华南虎的问题一直困扰着我。野生华南虎已经灭绝了，我们需要找到野生来源的华南虎基因样本，还需要有技术方法来获取博物馆古老标本的DNA。
带着这个问题，我在2009年回国，开始做自己的遗传多样性和演化的研究工作。在此期间，我们大量地收集博物馆和考古遗迹的古代虎DNA样本，我们收到了来自远东俄罗斯的25份古代虎样本，和中亚的6份古代里海虎样本，还有博物馆的确定野生来源的华南虎标本。
来自世界各地的研究伙伴给我们提供世界各地的DNA样本
这里特别感谢我们的合作者，Nobuyuki Yamaguchi、Carlos Driscoll、Stuart Pivar，还有杨锐正，他是我多年的朋友，在全国各地帮我们找有确切地理来源的野生华南虎标本。我们的工作能够完成，还要归功于两位非常优秀的博士生，刘悦晨和孙鑫，他们现在已经毕业，分别在美国和丹麦古DNA领域两个顶级的实验室继续他们的科研生涯。
我们收集了现存于陕西动物所博物馆的一份虎皮的样本，这只虎是1964年在秦岭打死的。还有现存于美国的1919年来自福建的虎样本。最高兴的是，我们还找到了华南虎的模式标本，它们是1905年采自于湖北汉口的虎骨骼标本。我们的研究最后一共用了48份古代虎和现代虎基因样本进行比较。
这张图展示了我们画出的虎家族树。
左边是线粒体基因，右边是全基因组，也是用颜色来区分。可以看到苏门答腊虎（绿色）、孟加拉虎（棕色）、印支虎（橙色）、马来虎（蓝色）、东北虎（红色）都是清晰分开的亚种。
左边紫框灰色字的这一支是里海虎。这是我们第一次提取灭绝虎亚种的基因，它的线粒体DNA和东北虎比较接近，但全基因组跟孟加拉虎比较接近。
左边下方的红框是8000年到1万年前的俄罗斯古代虎，处于演化树的基部，是最早分化出来的。上方的红框是十九世纪，在同一个地点挖掘出来的俄罗斯虎，和现代的东北虎已经很近似了。
左边这个图，灰色的阴影是有确定地理来源的华南虎线粒体DNA。
灰色的华南虎的基因不是聚成一个枝条，而是分散成好几个分枝，有接近马来虎的，有接近里海虎的，也有接近印支虎，还有位于基部独列一枝的。
难道华南虎作为一个亚种不成立吗？
我们曾经有这种怀疑。但是，在得到了华南虎模式标本的DNA样本，基因组技术也足够收集全基因组的数据之后，我们发现，不管华南虎的线粒体DNA有多混杂，全基因组分析结果，还是形成了一个独立的分枝。证明华南虎是有自己遗传独特性的一个亚种。
现在我们观察到的华南虎母系基因，为什么会是这种“散作满天星”的模式呢？最合理的解释是，西南山地曾经是虎种群的避难所，它保留了华南虎孑遗种群的独特支系，而这个时候华东地区是不适合虎的生存的。
等到气候发生了变化，华东地区成了适宜栖息地的时候，在西南山地避难所的华南虎孑遗种群向东迁徙，而其他地区的虎向北迁徙，扩散到华东地区，它们汇合之后发生了基因混合。
华南虎 | 宋大昭
这就可以解释，为什么在华东地区、华南地区收集到的华南虎样本有如此不同的母系来源，但是从全基因组的角度来说，它还是一个独特的亚种。
为了证实这个假设，我们又构建了栖息地的模型，我们发现在类似冰盛期的气候条件下，中国西南山地确实存在着适合虎栖息的避难所，而当时华东和华南地区的生境植被类型似乎并不适合虎的栖息。
我们推测，可能那时华东、华南地区多是低矮的草原，不适合虎的生存。直到冰期结束，适合虎生存的栖息地恢复，各路虎的支系在中国东部融合。
在虎的演化史上，中国东部地区扮演了一个基因大熔炉的角色。
重构虎的家谱
综合多方面信息，我们就可以重构出亚洲大陆上各个虎种群的演化史，和亚洲大陆虎亚种形成的历史。
在虎200万年的演化史中，我们只能确定“起源在亚洲”，但很难确定是亚洲的哪里。现在下定论说“中国是虎起源地”，还是不严谨的。
在200万年的演化史里，虎的种群有时候扩张，有时候缩小。曾经存在一个虎种群的瓶颈期，虎种群的分布面积严重缩减，只在少数的几个避难所里苟延残喘，其中一个在东南亚，另外一个可能是在西南山地。
西南山地虎的种群，曾有过一次向东北方向的扩散，形成了远东的古代虎种群。东南亚的虎向南扩散，形成了巽他群岛上的虎亚种，包括苏门答腊虎以及后来的爪哇虎、巴厘虎，向西扩散进入到印度次大陆，形成了孟加拉虎。
当冰期结束，气候回暖，这时华东、华南地区的草原重新被森林替代，也就意味着有蹄类猎物开始向北扩散，虎也就跟着向北扩散。这个时候西南山地避难所的虎也向东出发，最后在华东地区融合成为现代的华南虎。
这支华南虎的种群又继续地向北扩散，取代了远东的古代虎，形成了现在的东北虎。这个扩散的路线，和人类迁徙的路线是很相似的。闯关东的路线，正是从华东经过山东，然后扩散到东北。
已灭绝的亚种和野外灭绝的华南虎，以及来自晚更新世和全新世的古虎标本
武松打的虎很可能就是古代的华南虎在扩散、挺进东北的进程中，也进入了山东地区，武松遇到的大虫可能就是它们的后代。如果能采集到出土在山东半岛的古代虎的遗骸，我们就能真正解答这个问题，现在我只能给出这样一个推测。
最后再总结一下，我们发现中国在亚洲虎种群的迁徙和演化上具有重要地位。首先是不同起源的虎在中国东部融合，形成了现代华南虎。现代华南虎向北扩散，形成了古代的东北虎和现代的东北虎，其中的一支继续横跨西伯利亚，又形成现代的里海虎。这就是我们20年工作的最终成果。
探索者
罗述金
罗述金，北京大学生命科学学院长聘副教授、研究员。目前的研究主要侧重于以分子生物学和种群遗传学为基础，结合传统生态学、生物地理学和系统分类学的背景，研究野生及驯化哺乳动物类群尤其是猫科动物的基因组多样性和适应性的遗传学机理。
本文仅代表作者观点，不代表国家地理中文网立场
撰文：罗述金
编辑：框舅
版式设计：零周