撰文 希拉里·罗斯纳（Hillary Rosner）

希拉里·罗斯纳是美国科罗拉多州的自由科学撰稿人，作品见于美国《国家地理》、《纽约时报》、《连线》等出版物。

翻译 冯志华

随着全球气候日趋变暖，树木的生存环境也面临挑战。尽管无法将树木迁移到更好的生存地，但科学家一直尝试通过新的办法来挽救这些植物。加拿大不列颠哥伦比亚大学森林保护遗传学中心主任萨莉·N·艾特肯一直在研究一种叫作人工基因漂移的方法。其主要原理是“如果将某些物种从原有栖息地人工迁移至新的栖息地，该物种携带的某些性状也会随之‘迁移’”。她认为这种研究手段能帮助本地物种接收到新的性状，以更好地适应未来的环境。

2013年，艾肯特与同事在一篇论文中首次提出了“人工基因漂移”这一概念，其核心是移植物种体内的基因，即通过人工的方式将一些生物移植到远离原有栖息地的地方。人工基因漂移在遗传学上非常精确，是一种可定量的方法。

研究人员开启了一项规模宏大的“适应树”计划。在其中一项小型云杉试验中，林业人士从低海拔地区采集云杉或美国黑松的种子并将其种植到高海拔地区。随着该地区温度逐渐升高，移种的种子开始生根发芽并向周围散播有助于适应温暖环境的基因，帮助整片森林起到调节作用。判断哪种树木能够应对未来的气候变化并不是一件轻而易举的事，研究人员因此选择了南到加利福尼亚州中部，北到阿拉斯加地区的14种云杉纳入此项试验。而后，研究人员发现了35个与耐寒及萌芽时间相关的DNA片段，并计划通过筛查更多树木的基因组寻找与更多环境适应性相关的基因和蛋白。研究者认为，如果能在需要特定性状的种群中传播具有优势的等位基因并且使其变化节奏与气候变化恰好保持一致，这项研究在未来就有很大的用武之地。

“麻烦”的气候带

生物种群内的繁殖速度部分决定其能否适应环境变化，因为每一代新的生物出现都意味着其产生了新的适应机会，但长寿的树木却很难适应气候变化。对森林的生长而言，前20年是其风险最大的一段时间。只要度过此段时间，树木的生命力就会变得更加坚韧。但在这个全球变暖趋势增强的时代，气候变化很可能会一直持续。研究人员希望把一些较耐热的树木移植到未来可能变热的地区，但必须考虑该树木如何适应当地现阶段的寒冷气候。

“我们要瞄准的对象是一个‘移动靶’”艾特肯说，“如果想要让树木的移植时间与气候变化达到最高的契合度，我们必须思考应该提前10年还是提前30年就开始行动？”从风险管理的角度出发，研究人员利用增加物种多样性的方法同时进行本地与外地树种的种植。

利用人工基因漂移有望增加一片森林的遗传多样性，工作人员只需在这片森林的基因库中添加少许“材料”就能促进“漂移”的发生。这样一来，当环境发生变化后，虽然一些树木在短期内会受到伤害，但同时另一些受益于漂移基因的树会熬过这段艰难时期，保住这片森林。当然，在漂移基因发挥作用之前，整片森林需要保有足量的健康树木以繁育后代。艾特肯表示，相较真正的外来树种入侵，近缘物种圈内迁移带来的生态风险要小得多。

当然，人工基因漂流也并非完美无缺，它很可能会增加本地物种基因库的突变数量。有害的基因突变甚至会对更大种群的生存造成威胁。澳大利亚墨尔本大学的遗传学家安德鲁·威克斯赞同这一观点但也表示，该问题也能得到自我纠正：“自然选择之所以美，就在于它会淘汰有害突变。基因漂移技术能从某种程度上提高基因库的多样性，当种群在面对未来的未知挑战时，更多样的基因库会创造出更好的生存机会。”

2009年，加拿大不列颠哥伦比亚省开始修订人工移植树种的条例，并于同年启动了人工迁移试验。研究者选择了15种重要的经济树木，将它们从原始的栖息地移植到新的家园，其中一些树种的移植距离甚至超过了数千千米。研究者介绍，该项试验希望通过选择一些极端情况从而为研究提供一种工具。这种方法不仅能为树木的长距离迁移提供指导，还可以帮助人们从更好的角度来观察树木的命运。另外，这一试验还将通过遗传学分析方法预测移植后树木的命运。在这项庞大的研究计划中，研究者仔细分析了云杉和美国黑松基因中组中数百万个位点的庞大DNA序列，并开发出一个快速筛查的方法对约5万个相对较短的DNA序列的单核苷酸多态性进行分析。他们将在这项工作完成后着手寻找能将树木与其原始栖息地相匹配的特异多态性位点。在目前已完成的首批600棵幼树鉴定中，研究者已经从中发现了许多有价值的遗传标记物，这可以解释生活在不同地区的树种对寒热旱涝等不同环境的适应方式以及基因是怎样发挥自身作用的。

塑造未来森林

虽然不列颠哥伦比亚省在树木迁移方面已经取得了较多成果，但挑战却依旧存在。除了科学领域不断出现的问题外，树种管理也存在问题。此外，想要改变人们的观念也非常困难。研究者需要说服管理部门相信基因组数据，让其跳出局限看到问题所在。“如何将核苷酸多态性和DNA序列数据翻译为林业人士能懂的语言是一个非常关键问题”艾特肯说。

DNA里记录着生命的密码，健康的树木更是自然环境中不可或缺的重要一环。在不断变化的世界中，需要将一些树木迁移到新的领地开枝散叶才能更好地推动其繁茂生长，而这个目标的真正实现需要人类的共同努力。

本文由《环球科学》（《科学美国人》中文版）供稿，编者有删改。

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