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黄石国家公园
作者：EYU
来源：未名交友

之一

温泉中产生的生命科学革命

　　世界自然遗产之一的黄石国家公园地处美国怀俄明洲西北部寒冷的洛基山脉之中，美国大陆分水岭从中穿越。公园占地约8900平方公里，其中包括一个长72公里，宽48公里的巨大休眠火山口，因此当地的地质活动十分活跃，公园境内有超过10,000处地热景观，包括热喷泉，热气井，热泥潭和热温泉。独特的地质环境不仅造就了丰富多彩的自然风光，更孕育了一个千姿百态的生态系统，因此不仅有络绎不绝的游客慕名来访观光，同时也吸引了众多科学家前往考察研究。

　　在所有的地热景观中，热温泉以其缤纷的色彩最为醒目。科学家发现，这些多变的色彩其实是生活在热温泉中的各种微生物所造成的。在热温泉的泉眼周围，泉水蔓延成环形的泉滩，微生物沉积在水底形成菌苔。微生物体内有不同的生物色素，有的用于进行光合作用，有的用于抵抗紫外线，因此菌苔的颜色将热温泉妆点为一个个五彩的天然调色盘。

　　黄石国家公园的热温泉在泉眼的温度通常都超过80摄氏度，远高于适于光合作用的温度上限72摄氏度，依靠光合作用为生的微生物无法生存，因此泉眼处缺乏微生物形成的菌苔而显得灰暗。然而，在1967年，印地安那大学的布洛克博士发现，在他放在一个叫做“蘑菇塘”80摄氏度泉水中的载玻片上，附着了一层微生物细胞。这是首次发现生活在72摄氏度以上的生物。这种嗜热微生物属于细菌类，布洛克博士将它命名为“水生嗜热菌黄石一号”。这个发现在当时也就作为一个生存温度记录而已，直到十几年后，它才显出了真正的价值。

　　在1980年代，随着生化技术的发展，科学家发现并分离纯化了越来越多的生物酶，并开始利用这些酶以及其它的新型技术直接对蛋白质，核酸——包括DNA进行切割、化学修饰等加工，分子生物学以及遗传工程从此飞速发展。酶本身是一类特殊蛋白质，不同的酶在细胞内担任各种生理活动，比如DNA的合成和复制主要由DNA聚合酶来完成。绝大多数酶对温度很敏感，在高温下会不可逆转的失去活性。当时在Cetus公司工作的缪利斯博士从黄石公园的嗜热菌上找到了灵感，既然嗜热菌能够在80摄氏度以上的高温生存，那么嗜热菌细胞内的酶也一定耐高温。据此缪利斯博士发明了开创生命科学研究新局面的聚合酶链（PCR）反应方法，使人工大量复制DNA成为可能。

　　 DNA是主要的细胞内遗传信息载体，具有双链结构，由其中每一条单链及其姊妹链在化学作用下互相配合而成。在细胞繁殖分裂过程中，DNA也随之进行复制，以使每个子细胞都保持同样的一份遗传信息。细胞内的DNA复制由多种酶的协同作用完成，首先将DNA双链分开，然后DNA聚合酶把每一条DNA单链作为模板，合成并配上与其原来的姐妹链一模一样的新链，从而完成复制过程。将DNA分子加热到接近沸腾的温度也可以分开DNA双链，并且不破坏其化学结构。

　　缪利斯博士从前人和自己的研究中发现，嗜热菌的DNA聚合酶虽然在接近沸腾的温度下也会失去活性，然而当温度下降后，嗜热菌DNA聚合酶的活性会恢复，不象其它生物来源的聚合酶那样在高温下不可逆失去活性。这样一来，就能够将DNA与嗜热菌的DNA聚合酶放在一起，首先升温使DNA分开为单链，然后降温使嗜热菌的DNA聚合酶恢复活性，在分开的DNA单链上进行复制，循环重复这个升温降温过程，就能够实现1变2，2变4，4变8的指数DNA增产。这就是缪利斯博士发明的PCR方法。

　　这个方法是分子生物学技术的一次革命，从此科学家得以无限制的对极微量的DNA样本进行复制，进而得到大量的纯质DNA进行分析或用作其它实验的材料。PCR已经成为几乎所有与DNA有关的分子生物研究的基础手段，包括遗传病鉴别，传染病原（例如SARS病毒）鉴别，人类基因组工程，法医鉴定，亲子鉴定，基因工程食品等领域。

　　缪利斯博士本人由于发明PCR技术而名利双收，不仅在1993年获得诺贝尔奖，而且PCR的专利收益使他成为一个大富豪，从1991年至今，仅嗜热菌DNA聚合酶生产一项，年销售额已经从2亿美元升至5亿美元。然而由于美国法律规定国家公园要无偿服务于科学界，时至今日，原产嗜热菌的黄石国家公园没有从中得到任何分成，而当年嗜热菌在1967年所打破的生物耐热记录，也在不久以后被在海底发现的113摄氏度下生活的超嗜热菌打破，今年8月公布的在太平洋底发现的超嗜热菌“菌株121”则将此记录提高到121摄氏度。

　　只有斑斓的温泉还是一如既往的吸引了一代又一代游客，以及不断追求新进展的科学家。在嗜热菌之后，科学家们从黄石国家公园的热床中又发现了许多新的耐热微生物，其中一种能够将垃圾中的多种塑料成分转化为醇类燃料，有希望在将来为人类提供新的能源。也许下一个革命性的生物技术又将从黄石公园或世界其他地方的某个热温泉中产生呢。

　　之二

　　北方的狼——重出江湖

　　夏秋之际，每个晴朗的清晨和黄昏，在美国黄石国家公园东北部的拉马尔山谷谷底，东西走向的公路两旁斜坡上，总有众多慕名而来一睹狼踪的游客。他们满脸期翼，用高倍运动望远镜向着南方谷地尽处山脚的草地和灌木丛眺望搜寻，身前齐刷刷一字架开有如大炮般的望远镜筒形成一道奇特的风景线。入夜，当宿营地的篝火映出飘忽游移的树影时，山谷中遥相呼应，此起彼伏的凄厉狼嚎给黑暗中平添无尽诡迷。

　　仅仅在几年前，这还是不可能发生的一幕。美国大陆的大灰狼经过19世纪末开始的几十年猎杀投毒，到20世纪30年代，几乎完全绝迹，仅在明尼苏达州北部以及密执安湖的一个小岛上有少量残余，成为濒危保护物种。黄石国家公园地处美国落基山脉北部怀俄明，蒙大拿和爱达荷三州交界，当地发达的畜牧业促成了彻底的灭狼运动，到1940年代，大灰狼在黄石国家公园消失殆尽。直到1995年，经过多年的科学调查及准备工作之后，大灰狼才得以重归黄石国家公园。

　　作为处于食物链顶端的掠食猛兽，狼在野生环境生态平衡中扮演着终结者和清道夫的重要角色。通过数十年来对黄石国家公园的美洲野牛（Bison），角鹿（Elk），骡鹿（Mule Deer）和驯鹿（Moose）等大型草食动物种群的追踪观察，科学家发现部分种群出现体质下降的现象，并且种群有过度膨胀的趋势，危及当地的森林资源以及生态平衡。尽管公园内也有棕熊，黑熊，美洲狮等大型动物，然而美洲狮数量极其稀少，其捕食量不足以影响大型食草动物的种群数量。而熊的食物以植物根茎，浆果为主，很少主动捕杀大型食草动物。科学家推断，由于缺乏象大灰狼这样有效的掠食者，草食动物有病的个体得享天年，有充足的机会产生羸弱的后代或遗传致病的基因，同时天敌的缺席也使幼兽的夭折率大为减低，造成种群过度繁殖。

　　基于恢复已经开始倾斜的生态平衡的考虑，以及弥补黄石国家公园多种多样的动物世界唯独大灰狼缺席的遗憾，美国国家渔业和野生动物局于1987年向国会提出恢复黄石国家公园大灰狼种群的提案，并于1991年获得国会拨款，在国家公园局和国家森林局的咨询指导下对放狼归山的后果进行研究。经过几年的研究和听取创纪录数量的公众意见之后，放狼归山计划得到内政部最终签署首肯，并于1994年启动实施。

　　恢复已经绝迹的物种需要慎重的考虑。美国国家公园法案规定只有在一个物种被人为消除，将要引进的新个体跟旧有物种几乎完全相同，且国家公园有足够的资源保证种群自行繁衍的情况下，如果能够做到不对国家公园辖区以外的利益产生严重威胁，方可在国家公园恢复绝迹的物种。狼主要捕食野牛等大型草食动物，通过咨询怀俄明大学的科学家，美国国家渔业和野生动物局预计狼的重归将不会过度减少大型草食动物的数目，对其他物种则影响甚小。与此同时，与当地政府和印地安部落的协商合作保证了大灰狼重归项目在兼顾各方面利益下进行。

　　 1995秋到1997年，31只从加拿大捕获的大灰狼以及10只来自蒙大拿冰川国家公园的幼狼戴着无线电跟踪脖圈，放归黄石国家公园野外。狼是群居动物，这些狼只很快形成了多个狼群，划地占山为王。虽然由于基金短缺，从加拿大引进更多狼只的计划在96年被迫搁浅，然而这些外来户显然很适合在新环境里生存，两年时间里繁殖了87只幼仔，不少母狼罕见地一年多胎生产，形成足够维持发展的种群数目，保证了放狼归山计划的顺利进行。

　　狼的重归显然给旅游者带来了惊喜，从1995年至今，大约有两万游客在黄石公园里观看到狼的狩猎，嘻戏，少数幸运儿甚至亲眼目睹了狼群之间以及狼和熊之间为争夺地盘和猎物展开的激烈打斗。经过亲身体验精彩而真实残酷的自然世界，为数越来越多的人开始改变他们从前对掠食动物的反感态度，转而重新认识并关注这些“杀戮造物”。

　　然而并不是每个人都欢迎大灰狼。当地不少公众，特别是畜牧业人士一直强烈反对狼的回归，不少牧场主认为牲口特别是羊群比起野生动物来更易遭狼袭。尽管黄石公园的巡警利用无线电信号监视着狼的去向并随时驱回可能越界的狼群，而且几年来的跟踪记录也显示出狼群避免接近人类，对牲口也没有特别的兴趣，然而在大灰狼回归当地后，不少人准备随时开枪射杀射界之内的任何狼只。

　　为了减少狼和牧场主的冲突，一个名为“野生动物卫士”的民间基金会向牧场主保证，按市价赔偿由狼造成的牲口损失，换取牧场主枪下留狼。迄今为止，已经赔偿受损牧场价值21万多美元的259只牛, 550只羊，以及28只其它动物。同时，本着从教育入手的方针，许多科学专业人士和公园巡警走向社会，举办展览，给当地的中小学生开讲座，向大众普及狼的知识，旨在消除社会对放归大灰狼的恐惧。

　　狼的回归究竟是否危及当地的畜牧业？国家渔业和野生动物局对此进行了持续考察，并作为大灰狼项目管理年报的一部分，每年向国会和公众发布。根据对狼在黄石国家公园的猎物残骸的研究统计，角鹿占狼的猎物84%，野牛占6%，骡鹿占1%，豺（coyote）、狼（！）、野鹅和其它难以鉴别的动物占9%。在角鹿残骸中，58%属成年，34%属一年以下的幼兽，8%难以鉴定年龄。通过对残骸骨髓脂肪含量的进一步测量，发现狼的猎物大部分都是严重营养不良的个体。这充分说明了狼的长途追捕围猎习性对受猎动物进行了优胜劣汰。

　　同时，根据对黄石国家公园周边三州的狼袭牲口损失统计，在2002年共有99只羊，52只牛被狼咬死，而根据一个名为“落基山脉野生动物联盟”的统计，同期被狗咬死的牲口是这个数目的十倍。尽管如此，狼还是为此付出了沉重代价，在2002年，为了平息牧场主的不满，国家渔业和野生动物局和当地政府合法剿杀了46头涉嫌咬死牲口的大灰狼，其中包括三个“整编”狼群的成年狼只和幼仔。

　　尽管统计数据显示在黄石国家公园放归大灰狼是一个成功的生态恢复项目，然而长久以来人对狼的敌意毕竟比统计数字更生动，更根深蒂固。除了对狼咬死牲口的指控之外，反对大灰狼回归的人还从圣经中找到根据，说上帝为人类造出动物，供人猎取，所以人有圣意的授权可以任意灭绝狼群。也有人指控狼的回归导致狩猎动物绝迹，危害猎人的利益。其他指控者则关注当年通过放狼归山的联邦法案的法律程序，质疑这个法案剥夺了宪法赋予州政府对野生动物的管理权。

　　支持放狼归山的一方则在引用统计数字同时，引用圣经反嘴相讥，说上帝也告诫人类不得贪婪，掠取必需之外的万物，同时另出奇招，援引每年200多人在高速公路上撞到角羊而车毁人亡的报告，号召让更多的狼来减少撞到角羊的致命车祸。对于狩猎者的指控，狼的支持者反驳说在2002年，猎人们从怀俄明，蒙大拿和爱达荷三州猎杀到超过6万1千头强壮成年角鹿。更绝的是有人利用最近的疯牛病恐慌，引用科学论文证明野生草食动物同样感染疯牛病，形成传播给人类的潜在危险，所以让狼去消灭有病的野生草食动物正是保护人类免受此隐患威胁的最佳办法。

　　是耶？非耶？争论一时不会平息。本月13日，美国国家渔业和野生动物局搁置了一项将狼从濒危动物名单革名的提案，决定继续由联邦机构控制黄石国家公园地区“狼权”管理进行一年，而不是现在就下放给怀俄明，蒙大拿和爱达荷三州相关机构。官方解释的原因，是怀俄明州上交的接管办法不能有效的保护大灰狼免于重新成为濒危物种。可以预见在相当长的一段时间里，大灰狼的管理将维持现状，直到人们协商出更合理的方案。