您的晚餐是否濒临灭绝?DNA 侦探进行调查

科学家运用基因法医技术保护过度捕捞的动物
约翰·B·卡内特

在保护濒危动物的持续斗争中,法医调查人员已经能够辨别您盘子里的食物。现在,他们正在研究更先进的方法,以截获最精心伪装的违禁品——无论是金枪鱼、鱼子酱还是野味。他们的最终目标是:查明商品的来源,并从源头上阻止对濒危物种的捕猎。

1. 识别

去年五月,我和美国自然历史博物馆的生物学家 Sergios-Orestis Kolokotronis 一起去曼哈顿的一家寿司店,了解科学家们如何保护濒危动物,就拿蓝鳍金枪鱼来说。一些蓝鳍金枪鱼已被捕捞至近乎灭绝,许多寿司店仍然售卖这些鱼,但在我们拜访的那天,菜单上将盘子里整齐的矩形——去掉了眼睛、鱼皮和其他识别特征——简单地标为“金枪鱼”、“肥金枪鱼”或“中等肥金枪鱼”。它们可以是任何东西。保护金枪鱼的逻辑第一步似乎是识别它,为此,Kolokotronis 和他的同事们开发了一种实验室测试,可以在几天内揭示我们餐食的真实身份。“你只需要这一点,”他用筷子戳了戳那块红宝石色的鱼肉说道,“这里面含有大量的 DNA。但我们会多取一些,以防万一。”

在我吃饭的时候,Kolokotronis 介绍了更宏大的计划。他希望有一天博物馆的基因技术能被简化到普通消费者能够使用廉价的掌上设备,来识别他们餐桌或购物袋里可能出现的数百种稀有动物中的任何一种。他的导师,博物馆比较基因组学 Sackler 研究所的所长 George Amato,也领导了类似的识别狮肉、猴肉和鲸肉,以及由海豹骨制成的药丸,甚至鳄鱼皮靴的方法的开发。这些知识可能具有变革性。“寿司是我最喜欢吃的东西之一,但金枪鱼项目完全改变了我的看法,”Kolokotronis 说。“我开始问,‘我在吃什么?’然后我彻底不再吃蓝鳍金枪鱼了。”

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这些方法已经证明了它们的用处。例如,即使是熟练的分类学家和鱼子酱经销商,直到 20 世纪 90 年代中期,也无法识别未贴标签的鱼子酱罐头中的真实内容,直到博物馆的科学家开发出一种早期的基因法医工具,可以根据鱼卵中的 DNA 标记识别不同种类的鲟鱼。当他们使用新测试调查纽约市的高级食品店时,他们发现四分之一的鱼子酱被错误标记。结果是一个发人深省的消费者故事,并为美国鱼类及野生动物管理局俄勒冈州阿什兰市法医实验室的研究人员开发自己的 DNA 识别测试奠定了基础,这反过来又带来了更重要的成果。1997 年,利用这种新获得的执行贸易限制的手段,联合国《濒危野生动植物种国际贸易公约》(CITES)的缔约方投票决定规范所有濒危鲟鱼的贸易。

劳拉·艾伦

在我吃完我可能濒危的这顿饭时,Kolokotronis 解释说,他希望保护蓝鳍金枪鱼的斗争也能经历类似的过程:更多和更好的关于人们在吃什么的 डेटा 可以提高公众意识,并帮助政府采取具体措施来规范贸易。当然,我对我自己的那顿饭感到后悔,尽管它很美味,因为几天后 Kolokotronis 发来电子邮件,告知了测试结果。我点的三份普通金枪鱼样本都是 *Thunnus thynnus*,也就是大西洋蓝鳍金枪鱼,自 1950 年以来,其种群数量可能下降了 80%。

约翰·B·卡内特

但仅仅识别盘子里的食物并不能保护濒危动物。毕竟,许多人会想要鉴定蓝鳍金枪鱼、猴肉、鲸鱼肉或其他东西,正是为了能够吃它们。当代表们于今年三月在卡塔尔多哈召开最新的 CITES 会议时,他们就包括是否禁止大西洋蓝鳍金枪鱼贸易等问题进行了投票。“CITES 关于蓝鳍金枪鱼的提案将新的基因方法列为执法必需品,”Amato 说。识别是有帮助的。但占世界蓝鳍金枪鱼捕捞量 80% 的日本,成功地通过游说反对禁令,理由似乎更强——禁令将损害出口商的经济。

大多数环保主义者预计,大西洋蓝鳍金枪鱼贸易最终会面临更严格的监管,但该鱼的贸易可能会继续,尤其是在新禁品价格飙升的情况下。那么问题将是如何阻止濒危物种首先进入消费者手中。为此,科学家们正在开发更先进的方法,这些方法不仅可以识别动物的种类,还可以识别动物的捕获地点。未来,即使是最小、最加工过的动物碎片——例如一小片鞣制皮革,或一粒骨头——都可以让执法部门追溯到其来源。科学家们表示,从如此模糊的材料中提取如此多数据的能力,对于执行现有法律、制定新法律以及最终防止濒危物种灭绝至关重要。

由 Mitch Eaton 提供

2. 拦截

在美国边境查获的野生动物违禁品中,有很大一部分是在纽约市的约翰·F·肯尼迪国际机场查获的。每天,约有 80 名海关和边境保护局工作人员驻扎在该机场庞大的国际邮件设施,检查约 650,000 个包裹,并根据原产国、包裹形状等因素,判断其中是否可能含有毒品、武器或违禁动物产品。如果答案是肯定的,他们会将包裹送往“执法笼”,海关官员在那里使用 X 光成像仪扫描包裹,或者直接打开包裹进行检查。平均每天,“是”的答案会出现近 20,000 次——20,000 个包裹,20,000 次检查。“这是一项艰巨的任务,”邮件设施的负责人 Bill Rivera 在我六月访问那里时说道。“规模巨大。”

在需要更仔细检查的可疑动物产品的情况下,官员会联系几英里外的美国鱼类及野生动物管理局卫星设施的野生动物检查员。我在执法笼里遇到了其中一位检查员 Ryan Bessey,他正在检查一个雕刻的、奶油色的烟斗。“一位海关官员认为它是象牙,”他解释道。Bessey 指出,这根烟斗缺乏象牙的牙本质纹和标志性的重量,而是判断它是由石头制成的。但这样的判断很少如此容易。“我们经常会发现,野味被藏在熏鱼的货物底部,”Bessey 说。“有时肉被砍得粉碎,以至于你无法分辨出杀死的是什么物种。”

由 Mitch Eaton 提供

整个 JFK 机场只有 10 名鱼类和野生动物检查员,全国总共只有 100 名这样的检查员,但他们已经设法收集了令人印象深刻的标本。当我拜访该机构办公室时,主管检查员 Paul Cerniglia 带我进了一个整洁的房间,里面存放着数百件被查获的动物产品,供检查员“存档”,以帮助他们识别可疑物品。他打开了一个装满爬行动物皮制手袋的柜子,又打开了一个装满鱼子酱罐和象牙小雕像的柜子。附近的衣柜里整齐地挂着毛皮和大衣,在不锈钢架上,一个大象脚凳上放着一张斑马皮垫子。“只要能被制作出来,这里都有,”Cerniglia 说。

受保护物种的贸易利润丰厚。根据 2008 年的一份国会报告,全球黑市的价值可能超过每年 200 亿美元。Cerniglia 指着一架摆放着鸟类、乌龟和鹿角的架子。“这些战利品每件价值 35,000 美元,”他说。一磅犀牛角,传统中医认为它可以治疗发烧、痛风等疾病,可以卖到 22,000 美元。然而,犯罪分子很少被抓获,也很少受到惩罚。Cerniglia 说,在美国,检查员通常会没收违规者的物品,不施加进一步的惩罚。鱼类及野生动物管理局每年只起诉 10,000 起违规事件,大多数案件在审判前都已解决。其他国家则表现出更少的关注。在 2006 年的一起案件中,日本海关官员查获了 5,310 磅大象牙。走私者声称象牙是“人造大理石”,被罚款相当于 7,500 美元,不到象牙市场价值的十分之一。

约翰·B·卡内特

DNA 证据可以导致更严厉的处罚。如今,美国各港口的鱼类和野生动物检查员将扣留的鱼子酱样本送到阿什兰实验室进行 DNA 确认。在一桩案件中,海关官员在一批干鱼中检查了装在罐头里的鱼卵,发现了 1,700 磅鱼子。科学家后来将这些鱼子追溯到三种里海鲟鱼,该批货物的价值为 250 万美元。一名法官判处了肇事者,一名俄罗斯出口商,27 个月监禁。CITES 的执法援助主管 John Sellar 表示,自从有了 DNA 检测,“大多数鱼子酱罪犯说:‘别再把美国当成市场了。’”

然而,野生动物法律变得越来越复杂,DNA 检测也必须随之变化。一种可用于识别物种的便携式设备会有所帮助,但对科学家来说更大的挑战是确定物种的地理来源。世界某地的一种动物可能受到保护,而同一物种生活在世界另一地区可能不受保护。“我们有越来越多的法律,特别是那些保护特定种群的法律,”Cerniglia 在锁上毛皮衣柜时说。“这就是 DNA 需要发展的方向:超越物种和亚种——而是 *地方* 种群。”

3. 预防

为了更好地了解科学家们如何尝试将违禁动物产品追溯到其来源,我邀请 Kolokotronis 再次参加一顿饭,这次有更多客人。加入我们的还有来自纽约石溪大学海洋保护科学研究所的遗传学家 Demian Chapman 和他的妻子 Debra Abercrombie,她是一名渔业顾问。我们在 Congee Bowery 见面,这是曼哈顿几十家提供鱼翅汤的餐馆之一。当我们挤在一张桌子旁时,Chapman 解释说,对鱼翅汤的需求威胁到 400 多种鲨鱼中的几十种,这些鲨鱼和蓝鳍金枪鱼一样,大部分仍未受到保护。他表示,监管该行业需要从源头——鲨鱼被捞出水面的地方——立法。“鲨鱼翅贸易的问题在于,有如此多的不同国家参与,”Chapman 说,他拿起菜单。“任何人都可以随心所欲。这就像西部片一样。”

我环顾餐厅,看到一头填充的鹿和一张装满塑料鱼的网。在一个透明的玻璃柜里,展示着一对长得像宴会餐盘一样大的干燥的、骨白色的鲨鱼翅。“那些可能值 15,000 美元,”Chapman 说。Abercrombie 秒辨认出来:“姥鲨。”

约翰·B·卡内特

我们点了一碗 40 美元的“红烧极品鱼翅汤”。鱼翅主要是软骨,煮熟后会膨胀并分离成针状细丝。在热汤中寻找可用的 DNA 将是一个挑战。物种识别的主要基因标记,科学家称之为 DNA 条形码,只有 650 个核苷酸长,烹饪会将其分解成更短的片段。Chapman 和 Kolokotronis 迫切希望看到他们的技术是否足够好,能够从如此高度降解的样本中分离出 DNA。Kolokotronis 将一个柔软的鱼翅样本转移到袋子里,我小心翼翼地尝了几口。那些细丝几乎嘎吱作响。“我就是不明白它的吸引力,”Kolokotronis 咬了一小口后说。我给鲨鱼科学家们品尝,他们点了左宗棠鸡,并礼貌地拒绝了。

当我们品尝鱼翅时,Chapman 解释了他追踪鲨鱼来源的方法。每种鲨鱼都有独特的 DNA 条形码,但其他基因标记可以揭示区域差异——相当于基因的“邮政编码”。第一步是完善一种能够识别物种的测试,即使是在被切割、干燥和煮过的鱼翅中。第二步是识别鲨鱼的基因“邮政编码”。最后一步——一项耗时数年的努力——是开发一个野生鲨鱼的 DNA 数据库,一个地图,科学家可以比较样本数据和已知的区域特征并做出判断。准确的地理数据可以帮助当局拦截猎人,并确保某些地区的贸易是可持续的。

约翰·B·卡内特

由于 Chapman 的一位同事,渔业科学家 Shelley Clarke 的一项了不起的突破,这项技术已经让科学家们对鱼翅市场有了更清晰的认识。2001 年,当 Clarke 住在香港,靠近世界上超过一半鲨鱼翅交易的市场时,她说服了市场的鱼翅主要交易商让她剪下近 600 个样品。(“考虑到产品的价值、我没有为任何样品付费,而且鲨鱼翅交易商以封闭和秘密而闻名,我竟然能获得那样的接触,真是太神奇了,”她在电子邮件中写道。)

DNA 测试显示,Clarke 的大部分鲨鱼翅来源于过度捕捞的蓝鲨。但 Chapman 说,他对被识别为濒危物种的锤头鲨(一种遍布世界且在鱼翅贸易中最受欢迎的鲨鱼)的小群体特别感兴趣。所以他深入研究了香港的样本,找到了它们独特的区域标记,并将其与参考地图进行了匹配。他的结果表明,四分之一的锤头鲨鳍来自大西洋西部的鲨鱼,那里的生态调查显示,自 1972 年以来,其数量下降了 75% 至 80%。Chapman 甚至能够具体说明鲨鱼捕获的确切区域,例如墨西哥湾和巴西沿海。

我汤碗里的鱼翅被证明是一个更具挑战性的难题。第一步——物种识别——虽然困难但可行。Chapman 报告了一个非常微弱的 DNA 信号,Kolokotronis 不得不重复他的程序几次,但两位科学家都得出了相同的结果: *Prionace glauca*,一种近危的蓝鲨。不幸的是,确定 *P. glauca* 地理来源所需的最后两个步骤尚不可行。科学家们才刚刚开始建立蓝鲨的 DNA 参考图。“由于蓝鲨活动范围广,寻找区分种群的标记比区分锤头鲨要困难得多,”Chapman 说。

鲨鱼的参考图谱还需要时间,但地理追踪已经暴露了一些在保护其他稀有动物免受贸易侵害方面松懈的国家,在某些情况下,这项技术甚至帮助当局逮捕了偷猎者。华盛顿大学保护生物学中心的研究人员正在使用地理追踪技术,将大规模的象牙查获追溯到大象被杀死的地方。例如,他们能够证明,2002 年在赞比亚、莫桑比克和安哥拉查获的 532 根大型象牙和 42,000 个用于中国和日本的象牙印章(hanko)来自受保护的大象。该组织还发现,2006 年在台湾和香港查获的 1,094 根象牙是在坦桑尼亚和莫桑比克的狩猎保护区偷猎的。
这些发现已经促成了多次起诉,包括 2009 年逮捕了六名坦桑尼亚海关官员,他们收受了走私者的贿赂。

由 Samuel K. Wasser 提供

该中心主任、生物学家 Samuel Wasser 说,这些“预防性法医”技术不仅让执法部门能够追踪复杂有组织的贸易方式,还能在一个广阔的大陆上集中稀缺的反偷猎资源。“我们试图提供数据,让执法部门能在正确的时间和地点出现,”他说,“这样他们就能获得定罪偷猎者和经销商所需的证据。”

新的法医工具也有助于维持现有的大象保护措施。在三月份的 CITES 会议上,来自赞比亚和坦桑尼亚的代表请愿暂停 1989 年的大象贸易禁令,以便出售国家的大象牙储备。Wasser 提出了他通过 DNA 衍生的地理数据,这些数据严重挑战了代表们声称他们的大象免受偷猎的说法。CITES 投票维持了禁令。

但今年的鲨鱼保护主义者在 CITES 会议上没有那么成功。代表们以微弱优势否决了一项监管锤头鲨和其他外观相似的鳍类物种的提案。Chapman 说,尽管取得了最新进展,但中国和日本在反对意见中起到了带头作用,他们声称这些鱼翅难以区分。

他承认,仅靠基因数据无法解决需求问题。“技术不是限制,”他说。“障碍在于政治意愿,是否愿意真正实施允许在批发市场进行更多采样和监管渔业的政策。我们有建造房屋的工具,但实际上,我们没有建造许可证。”

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