广西植物
Guihaia32
(
2
):
274-2792012
年
3
月
DOI
:
10.3969
/
j.issn.1000-3142.2012.02.026
物种概念及其界定
龚佐山
1
,
2
,买买提明·苏来曼
1*
(
1.新疆大学生命科学与技术学院
,乌鲁木齐市
830046
;
2.安徽省霍邱县第一中学
,安徽六安市
237400
)
摘
要:半世纪以来,物种概念的定义备受关注,不同研究方向的生物学家提出24种不同或至少有分歧的物
种概念,根据其不同的物种概念,物种的界定和物种的数量会出现很大的差异。人们普遍认同:物种是进化分
离的微居群谱系,但把谱系分离过程中获得的特征如生殖隔离、可鉴定性、单系统发生等视为鉴定物种次级特
征却有不同的声音。该文提出统一的物种概念,把谱系进化分离作为物种界定的唯一而又必要的特征,把谱
系分离过程中获得的次级特征作为界定谱系分离的证据。鉴于此,物种概念间的分歧就会化解。其一,物种
概念化与物种界定明显分开,不再混淆;其二,谱系的次级特征只与物种界定有关,在某种程度上为谱系分离
提供证据;第三,若能把合理解释的任何一个特征作为某物种客观存在的证据,这样更多的特征更能确定谱系
分离;最后最重要的是,统一物种概念使我们解放思想,扬弃传统的物种界定标准,探求物种界定的新思路。
关键词:物种概念;物种界定;统一
中图分类号:Q111.21
文献标识码:A
文章编号:1000
-3142
(
2012
)
02-0274-06
①The
median
means
of
s
p
ecies
conce
p
ts
and
s
p
ecies
delimitation
GONGZuo-Shan
1
,
2
,
MamtiminSULAYMAN
1*
(
1.XinjiangUniversityCollegeofLifeSciencesandTechnology
,
Urumqi830046
,
China
;
2.HuoqiuNo.1MiddleSchoolofAnhuiProvince
,
Huoqiu237400
,
China
)
Abstract
:
Fromthehalfcentury
tonow
,
theissueofspeciesdelimitationhaslong
beenconfusedby
speciesconceptu-
alization
,
according
tocontroversy
speciesconcepts
,
theboundariesandnumbersofspeciescouldbegreatdifference.
Alternativespeciesconceptsagreeintreating
existenceasaseparately
evolving
metapopulationlineageastheprimary
defining
p
roperty
ofthespeciescategory
,
butadopting
differentpropertiesacquiredby
lineagesduring
thecourseof
divergence
(
e.g.
,
intrinsicreproductiveisolation
,
diagnosability
,
monophyly
)
assecondary
speciescriteriacausesdiffer-
entsounds.Thepapergaveaunifiedspeciesconcepttreating
aseparately
evolving
metapopulationlineageastheonly
necessary
p
roperty
ofspecies
,
andsecondary
speciescriteriaasdifferentlinesofevidencerelevanttoassessing
lineage
separation.Thisunifiedconceptofspecieshadseveralconsequencesforspeciesdelimitationasfolows
:
first
,
theis-
suesofspeciesconceptualizationandspeciesdelimitationwereclearly
separated
;
thesecondary
speciescriteriawereno
longerconsideredrelevanttospeciesconceptualizationbutonly
tospeciesdelimitation.Second
,
aloftheproperties
formerly
treatedassecondary
speciescriteriawererelevanttospeciesdelimitationtotheextentthatthey
p
rovideevi-
denceoflineageseparation.Third
,
ifpossible
,
thepresenceofany
oneofthepropertieswasevidencefortheexistence
ofaspecies
,
thoughmorepropertiesandthusmorelinesofevidenceareassociatedwithahigherdegreeofcorrobora-
tion
;
Lastly
,
theunifiedspeciesmadeonesliberatemindsfromthetraditionalspeciescriteria
,
nottiedtothoseproper-
①收稿日期
:
2011-08-24修回日期
:
2011-11-22
基金项目:国家自然科学基金(31160040);新疆维吾尔自治区高校科研课题计划项目(XJEDU2011103)[Su
pportedbytheNationalNaturalScience
FoundationofChina
(
31160040
);
theUniversityScientificResearchProjectsofXinjiangUygurAutonomousRegion
(
XJEDU2011103
)]
作者简介:龚佐山(1975
-
),男,安徽庐江人,硕士,主要从事系统与进化植物学等研究,(
E-mail
)
shanmei3@sina.com
。
*
通讯作者:买买提明·苏来曼,教授,研究方向为植物系统分类学和苔藓植物学,(E
-mail
)
mamtimin@xju.edu.cn
。
ties
,
anddevelop
newmethodsofspeciesdelimitation.
Key
words
:
speciesconcept
;
speciesdelimitation
;
unified
1
理论来源与方法
物种是生物学功能单位之一,尤其在系统生物
学上,与基因、细胞、器官等各级结构和功能单位同
等重要(
deQueiroz
,
2005
)。物种是客观存在的,既
是变化的又是不变的,是连续和间断的统一,比生物
体组织结构更高一个层次,属于群体研究水平范畴。
人们对物种概念长期争论不休,况且生物个体各组
织结构联系短暂,仅从个体水平研究界定物种,或多
或少不能完全界定物种,所以人们从细胞、分子水平
上研究,探求物种界定的各种佐证。
半世纪以来,物种界定复杂化卷入到物种概念
上,当前生物学学家以不同的角度定义出
24
种不同
或至少有分歧物种概念(
Harrison
,
1998
),其中许多
物种概念不乏有所抵触,根据其定义,物种的界定和
物种的数量就有不同的结论。这样,物种的概念问
题就转化为物种概念的理论化问题,是紧密联系物
种界定问题,是如何确定物种界定的边界和数量问
题。当然,物种概念问题并不是那么棘手,尽管多数
物种概念或定义存在显而易见的差异,但这些概念
却构建了概念的基元,提供了统一物种概念的基础,
因此生物学家们能够从这些无止境的争论中解放出
来,并且,统一物种概念最重要的意义是使人们以简
单明了的方式解决物种界定问题,本文旨在统一物
种概念的基础上,探求物种界定的新方法,澄清物种
概念与物种界定的混淆。
2
结果与分析
2.1
百家争鸣,概念各异
表
1
从生物学、生态学、进化生物学、系统发生
生物学等角度,列举了大家熟悉而认同的物种概念,
其中多数或至少部分是有分歧的。例如很多学者认
为采用生物学种概念比系统发生生物学种的概念,
界定自然界的物种数量相对要少的多(
Zink
,
1996
)。
表1
现有的物种概念
Table1Alternativecontemporary
speciesconcepts
物种概念S
peciesconcepts
特征Pro
perties
生物学Biolo
gical
自然杂交可育并产生可育后代
*
生殖隔离Isolation内在的生殖隔离,与地理隔离相反
鉴定Reco
gnition
有具体的母系或生殖系统识别特征(同种个体或配子体间相互匹配至育)
*
生态学Ecolo
gical
相同的生态位或环境域(同种个体间、个体与生态因子间相互作用影响
*
进化生物学Evolutionar
y
独特的进化作用、趋势和演替命运
内聚作用Cohesion表现型分类结合(基因或数量统计可变性)
系统生物学Ph
ylogenetic
异源基因
Hennigian谱系分离
,先祖灭绝
单源性Mono
phyletic
由一个祖先及其所有的后代组成(一般从具有相同的祖征推断)
*
谱系性Genealo
gical
等位基因分离(其他物种没有的,源于共同祖先的所有特定的等位基因)
*
鉴定Dia
gnosable
有固定的定性区别
*
表现型分类Phenetic有固定的量化区别
*
基因型族Genot
ypiccluster
形成基因族(如异配结合体)
注:
*
表示界定物种重要特征
Note
:
*
indicatesimportantpropertiesofdefinedspecies
从表
1
我们知道:研究方向不同的学者在界定
物种时,采用不同的生物学特征,如生物学种的概念
根据生殖隔离;生态学种的概念依据生态位的特征,
生态位的不同是界定物种的重要参数;古生物学家
和经典生物分类学家以生物体的形态特征为基础;
遗传学家和分子系统学家以基因为基础;他们根据
自己的研究目的和兴趣以不同的物种概念界定物
种。这些物种概念却有自己的独到之处,都以生物
的主要特征为基础的。
2.2
中庸之道,合理内核
DeQueiroz
认为:解决物种概念问题应该从现
有的物种概念中抽提出本质的共有元素,定义出简
单具有普遍意义的物种概念,可是当前人们对待对
立的物种概念时,片面地强调矛盾性,以不调和的方
5722
期
龚佐山等:物种概念及其界定
式模糊物种问题,实为“同而不和”;并不是以“和而
不同”方式抽提共有元素以构建物种概念。事实证
明:现有的物种概念存在共同的元素,这些共有元素
是物种概念化的根本。这里所谓的普遍性物种概念
是把各物种分别等同于进化微(异质)居群谱系,具
体的说,是指谱系的组成要素。要说明的一点:谱系
是指先祖—后代系列在这种情况下,微居群或单一
微居群随时间而俱进,它不会与进化枝或单源的类
群相混淆,所以微居群也叫谱系,有时候一般由几个
谱系构成,即分离进化枝。微居群是指由几个相关
的亚居群组成,以区别于物种,传统上它们被认为生
活在居群水平上群落的较顶层,如同类群和科级分
类阶元。但是某个物种并不是完全微居群谱系,而
仅仅是这样的谱系的组成成分,因此形成某种物种
水平的谱系,一个物种可以进化成其它物种。任何
指定物种仅仅是组成这种水平上的物种谱系的多个
成分之一。
2.3
同而不和,概念差别
现有的物种概念普遍认同:物种是分离进化的
微居群谱系(
deQueiroz
,
1998
)。只有建设性地如
何在众多的物种概念中考虑其差别,以共有成分为
联系纽带,物种概念问题才以澄清求得共存。如果
考虑界定物种主要特征的共有成分,那么物种概念
的多样性可以通过众多物种概念的基本特征加以统
计,这些特征(表
1
中
*
)潜在地作为界定物种类群的
次级特征。这一点就是多数物种概念采用谱系的不
同特征作为界定物种的次级特征,因此物种是分离进
化的微居群谱系,但从只注重生殖隔离的生物学种来
看,这种谱系只能在种系间基因交流,与其他谱系隔
离;从生态学种的概念看,这种谱系必须占有不同的
生态位;系统发生学种概念认为:这种谱系就基因起
源来说,生物体或亚种群等应是单系统发生的。
物种界定的次级标准导致物种概念的分歧是因
为在物种形成的过程中,这些物种概念形成时期不
同。由于普遍的进化过程:基因突变,自然选择,生
物迁移,基因漂变。受到上述过程的影响,谱系特征
具有高度的多样性和表现的时序性。特征可能是基
因型或表现型,数量性状或质量性状,自然选择的有
利、有害的或中性的突变,涉及到包括遗传学、进化
学、形态学、生理学、和行为学等生物学的方方面面。
关于物种的概念,重要的一点是,这些特征改变会引
起许多分离谱系特征的表现。因此,作为谱系的分
离,它们固定性状特征或由此组成的生物体就可以
表现型分类加以区分;它们的生殖器官、配子体,进
化方向就会分化;它们的配对识别系统分化,直至不
再相互匹配,这是明显的生态进化。而且就基因起
源来说,经历多源进化,或分支进化,或单源进化,问
题就在于这些改变不能都在同一时间发生,而且甚
至不能以有规律的顺序必然地发生,所以不同物种
概念采用不同的次级特征来界定物种类群,往往导
致不同的结论。尽管认同普遍的基本成分,谱系应
该被认为物种,而谱系的分离界限不够统一。
图1
谱系分离与物种概念(图引自
deQueiroz
)
Fig.1Lineageseparationanddivergenceandspecies
concepts
(
fromdeQueiroz
,
1998
,
2005a
)
SC.speciesconcepts的缩写
,表示不同的物种概念。
图
1
简要图示谱系分离的过程(如物种的形
成)。框内表示随着年代俱进进化谱系变得与姐妹
谱系愈来愈不同,标有数字线条代表物种获得与彼
此相关而又有不同特征的时期。例如:当它们获得
可区别表型分离,相反的单系统发生,生殖的不匹
配,明显的生态差别等,这组性状形成很大的区域,
在此区域内,种的概念就产生分歧。在这区域任一
边,对种的数量没有异议。在第一个特征获得之前,
一致认为只有一个物种,在最后一个特征出现之后,
普遍认为有两个物种。然而在两个特征之间,种的
数量不一。究其原因,不同的物种概念采用不同的
特征作为分界线以确定分离进化类群是否成为新种
(水平线表示)。因此有人在谱系分离过程的早期划
定界定线,或许在此分界线处的数量性状特征的不
672
广
西
植
物
32
卷
同,能够进行表现型分类法加以区别;有人在稍后期
划定分界线,也许在这里形成了生殖匹配不育;还有
人在更后时期划分界线,就多枝基因树来说,或许两
个谱系都形成排他类群(单系统发生)。这样形成了
物种概念差异和分歧,尽管普遍承认物种的客观性。
2.4
求同存异,概念统一
解决物种概念争端就是使其概念统一化,通过
小小的而又根本的转变,保留所有物种概念的共有
元素,剔除概念间对立性一面,并不否认概念间的基
本而又明显的特征差别的重要性。
物种概念化有两方面内容。其一,含有共同的
元素,即把一般的物种概念化作为微(异质)居群,或
更确切的说,把中间进化类群包括在内。其二,把微
居群作为物种的惟一的必要特征。换句话说,在诸
多相抵触物种概念之间,目前定义物种概念的必要
特征,即概念间所有的各异特征应重新解释为不应
是界定物种的必要特征。因为这些特性被认为是物
种暂时的非稳定的特征,在物种进化进程中可有可
无。也就是说,谱系不必有表现型分类的可区别性、
单源系统发生、固有的生殖隔离、生态位的分化等被
认为界定物种的特征。物种仅是其他谱系进化的分
离谱系。如果接纳这种观点,那么引证表
1
的各种
观点作为不同的物种概念就不那么恰如其分了,物
种概念统一有必要修订(
deQueiroz
,
1998
)。
尽管否认某些特征是界定物种的必要特征,上
述的观点可作为物种概念化统一,因为它包含了分
歧的物种概念的多种重要特征,对于作为界定亚种
标准的特征在两个方面仍是重要的。首先,它们提
供了作为与谱系分离相关的重要可行的标准或佐
证。诸于表现型分类的可区别性,单源系统发生,生
殖隔离等特征或属性是一个谱系从另外谱系分离而
获得的特征,为谱系分离提供证据。物种是其他谱
系进化的分离谱系,分离谱系是不同物种存在的证
据。因此这些特征无疑与物种界定直接相关。
另一方面,这些特征也是限定物种亚类群的重
要特征,即基于这些特征识别物种以下阶元。种的
下一阶元是重要的,由于它们能够解决种的组成问
题。研究表明:物种间基因交流如果表现生殖障碍,
那么从种级系统发生水平研究推论,历史生物地理
学可能较好解决表现出单系统发生种的问题。不管
怎样,统一的物种概念将继续包含被大多数学者认
可的重要的界定物种的特征,而没有必要把所有的
特性作为必要特征。
有必要指出:统一的物种概念不是什么新物种
概念,只是澄清凭经验识别物种标准导致物种概念
理论化的分歧,鉴于此,前面提出的物种阶元的特征
化与统一的物种概念遥相呼应就不足为奇了。
Mayr
(
1963
)提出杂交居群概念,以及后来(
Mayr
,
1970
)提出的生物学种概念,至少一开始就涉及到物
种概念的普遍理论化,尽管局限于生殖器官上。统
一的物种概念不应该与
Mayr
的物种定义混淆,他
的物种定义合并了内在的生殖隔离的物种识别标
准。相应地,
Simpson
(
1951
,
1961
)和
Wiley
(
1978
)
的物种定义却没有涵盖物种的识别标准,因此他们
给物种下的定义与统一的物种概念相一致(
de
Queiroz
,
1998
,
1999
)。而且
Mayden
(
1997
,
1999
)承
认这两个特征都代表了普遍意义的物种概念,可通
过识别标准加以初步区别。
Hennig
(
1966
)的物种
特征与生物学种相似,其明显的特征就是先祖灭绝,
后代存在。这种特征严格地符合层叠的等级模式,
当谱系进化分离足以被认为是一个新物种,这些特
征不再作为物种的识别特征。
Templeton
(
1989
)证
实:内聚机制(
cohesionmechanisms
)与他的物种定
义有关,代表了由假定微居群谱系存在的现象(
Pig-
liucci
,
2003
)。
2.5
统一概念,好处多多
统一物种概念旨在从物种的数量和边界进行逻
辑推断,从而澄清物种阶元界定的问题。目前这两
个问题普遍被混淆,是由于被用来推断物种的数量
和边界的特征作为谱系分离的证据(如判断何时谱
系足以分离而被作为新物种看待)。而且不同的学
者把不同的特征作为必要特征,他们一般不同意物
种的数量和边界的看法。换句话说,物种界定问题
与物种概念紧密交织在一起。
与之对比,在统一的物种概念下,识别特征无疑
不再被认为是物种的必要特征,这些特征与定义物
种阶元概念化无关,从而澄清了物种界定问题。然
而,这些特征更合适地看成是推断物种的数量和边
界相关的基本逻辑证据,而不是概念化,种的界定问
题。因此,在统一的物种概念下,将不再有物种阶元
的界定有关的物种数量和边界分歧。然而物种界定
分歧主要存在以下几个方面:方法的可靠性(如谱系
分离的推断);数据的相关性;时期的划分(如年对十
年对世纪等);谱系不完全分离的个案性。
统一物种概念最重要的另一好处是许多不同的
特征与物种界定有关,在大多数物种概念下,通过谱
7722
期
龚佐山等:物种概念及其界定
系分离获得的各种特征被看成物种的必要特征,不
同的物种概念把其他物种概念的没有的特征看作自
身界定物种的必要特征,从而排挤其他特征,过分地
强调自身特有特征来界定物种。所以生物学家热衷
于不断地争辩:到底哪种特征是最重要的?
与之相比,在同一的物种概念下,各执己见的各
个特征应该与物种界定有关。在同一物种概念的背
景之下,提供谱系分离证据的特征应与推断物种的
数量和边界有关。鉴于目前同意的物种界定的次级
特征(表
1
带
*
),或是自身特征(内在的生殖隔离,
单系统发生,排他的结合,鉴定性,遗传媒介不足),
或是与之相反的特征(生殖系统的差异,不同的生态
位,表型分类区别)提供谱系分离证据。这样所有的
特征都与物种界定有关。
把次级特征当作谱系分离的证据有其另外的好
处,其一,从谱系分离的证据足以推断分离种的存
在。从某种程度上说,具有提供简单相关的特征,可
能是物种存在的证据。这并不是万无一失的特征,
相反,如果解释的不当,任何一个特征分界线可能会
导致谬误。例如,物种分离的存在普遍是从相应的
等位基因的单系统发生推来的,基因集中或分散位
于特定的位点的居群中,如果该位点是母系遗传,如
mitochondrialDNA
,那么相应地,单系统发生也可
能由于母本的遗传图距小,甚至是常染色体和父本
基因遗传在同组居群之间正常交换(
Irwin
,
2002
)。
换句话说,即使被讨论的来源于简单的微居群谱系
的种群,两个或更多的物种可能就从这样的数据中
推断出,因此简单的特征出现并不能保证:具有那种
特征的种群代表分离谱系(如一个物种),但简单特
征出现为支持这个推论提供证据。
一方面,一个或更多的被讨论的特征的缺失并
不能否定谱系分离,也就是说一个谱系缺失一两个
这样的特征,即使这个谱系是从其他的谱系分离进
化的。理由是在简单的谱系在进化中还没有表现这
种特征,可能是仍然是处在分离的早期阶段。因此
被讨论的有关特征表现对称性的存在:任一特征的
出现将继续为谱系分离提供证据,而同样特征的缺
失并不能为推翻谱系的分离充当证据,当仅仅考虑
被讨论的特征时,只有这些所有的特征缺失才能推
翻这种假定,即两个或更多的居群代表不同的物种,
但是这是否定的证据。另一方面,缺乏任何积极的
证据下,确定一个物种是不合时宜的。
尽管单一的特征能证明谱系的分离,准确确定
的物种分离的假定(如分离种的存在)须要有多个分
离界线的证据。一般地,谱系分离越远,确信获得与
期待的不同点就越多,因此更容易发现谱系分离的
证据。相反,在谱系分离过程中,谱系分化越早,则
更难找到谱系分离的证据。在谱系分离的过程中,
多多益善,多个分离界线即多个特征的获得更能确
定谱系分离。这一点似乎显而易见,有些人一贯使
用谱系分离的多分界线。不过,一些持有对立的物
种概念的人会选择鉴定标准对此质疑。
2.6
整合传统,推陈出新
采用统一物种概念最重要的好处就是通过谱系
进化分离,鼓励转变思想,扬弃传统的物种标准,寻
求新的方法界定物种,尽管诸于种系生殖隔离、可鉴
定性、单系统发生等特征无疑与谱系问题分离休戚
相关,但在某种程度上,不乏在谱系进化分离持续过
程中的人为分隔,而且大多在谱系分化的早期阶段,
许多特征对确定谱系分离是无用的信息。在整合的
理论环境下,考虑物种界定的方法,发展新的不再基
于传统物种界定标准的方法检测谱系分离的假定确
实是很大的进步(
Knowles&Carstens2007
)。这
些方法源于基因树信息,在单系统发生和所谓的系
谱分支的物种概念下,它普遍被用来评估单系统发
生。然而就新的方法而言,单系统发生不是问题的
焦点。实际上,被讨论的方法为谱系分离提供证据,
甚至在不同采集样点,在一系列居群里展现了单系
统发生性(
Knowles&Carstens
,
2007
)。
与物种界定有关的其他新方法,与传统的方法
相较,地理信息得到了更直接的使用。地理信息是
至关重要的,因为几乎所有的物种都表现地理变型,
而且在同样起源古老和地理广布种里的居群比在不
同的起源但又分离较晚的居群间,有可能存在更大
的差别。这种情景下产生了可操作的标准,要么源
于目前个案研究、理论方法,要么基于比较武断的标
准,正如极限超过节点,大于或等于
0.95
,不能估算
突变数(
Cardoso&Vogler
,
2005
)。地理信息可以
区别谱系真实分离的连续性与发生在物种间的如渐
变群和地理隔离等现象为结果的差别。
尽管直接使用地理信息来界定物种是一个古老
的方法,除个别包括
Mantel
检测(
Sokal
,
1979
)和层
叠进化枝分析(
Templeton
,
1998b
)以外,没被充分
使用。另外,大多数传统界定物种的标准(表
1
)不
能准确整合地理信息,随着近来地理信息系统技术
的发展和运用于物种界定,这种情况将会有所改观。
872
广
西
植
物
32
卷
而且近来整合有地理信息的方法,不是基于传统的
可操作的标准,而是至少转向显示部分谱系分离的
基因型或表型特征的极具变化的方法。
3
结论
在概念化和逻辑性问题很清楚地分离情况下,
关于统一物种概念的普通主题,应该意识到所有的
物种概念是有变化的。统一的物种概念终止似乎无
止尽的不必要的对于物种阶元的争端,而且提供统
一背景,对与物种界定相关的方法多样性的理解,也
是对凭经验判断物种方法的整合。
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