兩個魔幻數字

薛佛那篇探討四種變數的博士論文在一九七八年提出,但沒有出版,而他探討這個主題的首篇期刊論文,也是到一九八一年才發表。那時還有兩位科學家:佛蘭克林(Ian Franklin)與蘇利,也分別著手同一個問題,那就是:生物到底要稀有到什麼程度才算太稀有?

雖然佛蘭克林和蘇利都沒有像薛佛一樣明白說出「最小有效族群」這樣的字眼,卻也都分析了最小有效族群門檻的決定因素,甚至勇於提出假設的數字。薛佛探討的主要是數據層面的變數(因為他用的大灰熊數據資料可以明顯看出端倪);佛蘭克林和蘇利兩人則是側重遺傳層面,他們分別在一九八〇年發表分析成果,收錄在名為《保育生物學:演化生態觀點》(Conservation Biology:An Evolutionary—Ecological Perspective)的書中,獨立成章。蘇利是該書的編輯之一,他邀請佛蘭克林撰寫論文共襄盛舉。兩人的研究成果雖然各異,結論卻是英雄所見略同,這使得他們的論點更有可信度。

佛蘭克林是數量遺傳學家,他討論小族群中基因變異如何消失(由於建立者效應及遺傳漂變之故),以及遺傳變異消失之後的結果(包括近交衰退及適應力缺乏),對於該族群短期與長期的生存各產生何種影響。

在短期範圍內,近親交配應該是特別需要注意的重點。他寫道:「這時,會有最小的族群數目產生。這個數目視生物種類而定,族群如果維持這種數目,便能應付近親交配的衝擊。」如果低於這個最小族群數目,則近交衰退就會變成問題。有害的隱性基因會造成子代基因的同型合子現象(就像擲骰子擲出兩點一樣),整個族群的遺傳就會有所殘缺。

佛蘭克林針對近親交配的問題,大膽地提出一個最小族群數目的常態估計值。根據他從禽繁殖商那裡收集到的經驗,以及其他各項證據顯示,族群數目應該是五十。如果族群剛好超過這個數目,短期內就能暫時倖免於近親交配而存活,那麼長期下來,值得開始注意的,就是族群中遺傳變異逐漸消失的現象了。

如果要考慮長期的問題,得先看兩項相互制衡的因素是否能維持平衡。這兩項因素是突變和遺傳漂變,兩者互為消長。所有的族群內部都一樣,遺傳漂變都會阻止最罕見的基因由上一代傳至下一代。在此同時,突變過程則會在基因庫裡,激發新的變異。

有些突變帶有潛在的害處;有些沒有益處,也沒有壞處;有些則是有益的——例如在目前生態條件下不好不壞的突變,日後環境改變時,可能會變成有益的突變,因此不該不分青紅皀白就認定突變現象一定不好。相反地,突變為生物的適應與演化,提供了新的可能性。

在大族群中,基因突變的機率往往大於基因消失的機率,因此遺傳漂變就起不了作用。可是小族群突變的機會比較少。佛蘭克林解釋說,在極小的族群中,因遺傳漂變的過程而消失的基因,會比突變之後新增的基因更多,於是原本豐富多樣的遺傳潛力便逐漸消退。到底族群要小到何種程度,才無法維持正面的平衡呢?佛蘭克林再度提出大膽假設,依據果蠅(Drosophilia)實驗的研究顯示,平衡點應該是五百。低於這個數字,族群的適應力就會減少,無法代代相傳、長期存活。

於是,這些估計值成了著名的「五〇/五〇〇原則」:若要在短期內避免近親交配,族群數目至少要有五十;但若要長期維持適應力,族群數目至少要有五百。顯然,這樣的數字鐵定會招致批評。一些生物學家認為這樣的數字太過簡化,還有誤導之嫌。有些公園規劃人員和野生動物管理員也注意到「五〇/五〇〇原則」,其中還包括哥斯大黎加官員,這些人(辛伯洛夫之前跟我提過)想放棄他們的熱帶大鵰和美洲虎,因為這兩種動物的族群數目均不足五十。

這兩個數字為什麼有這麼大的力量?因為它們看起來很合理,而且是有根據的(雖然證據不甚充分),此外還有健全的理論基礎。這樣說並不是暗示「五〇/五〇〇原則」是有害的幻想,縱使佛蘭克林提出的數字未必正確,不過卻的確能幫我們對準討論的焦點。

佛蘭克林文章的另一項彌足珍貴的貢獻,是釐清了「統計族群」(census population)與「有效族群」(effective population)的差異。所謂統計族群,指的是族群現存個體的數目;有效族群則是計算出來的數目,可以反應出族群繁殖的模式、基因流動(gene flow),以及基因變異消失的情況。

有性生殖的動植物,其有效族群幾乎都免不了要比統計族群小,但是小多少呢?佛蘭克林解釋說,這得由下列幾點決定:第一,族群中有多少雌性生物正值繁殖年齡;第二,族群中又有多少雄性有機會與這些雌性交配;第三,雌性生物的繁殖力差異有多大;第四,有繁殖力的雌、雄生物比率的平衡狀況;第五,族群上下兩代的數目如何波動。如果一群麋鹿當中,只有少數幾頭雄壯的公鹿獨享三千後宮佳麗,而其他的年輕公鹿卻幾乎沒有機會交配,則有效族群便能反映出這種機會不均的現象。佛蘭克林提出了幾個跟有效族群的各項因素相關的簡單問題。他的代數式背後的訊息是:有效族群的數目要看繁殖習慣與族群變數而定。可能比一五一十數出來的族群個體總數少了很多。

為什麼這一點重要?因為任何一個最小族群的門檻,都和統計族群無關,而是與有效族群有關。換句話說,族群遺傳學寓遠見於未萌的智慧告訴我們,八十隻馬達加斯加狐猴事實上並非真的是八十隻。

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