熊親子鑑定測試的現實意義與實用性

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[caption id="attachment_44" align="alignleft" width="200" caption="熊表示不屑。照片來自 Flickr 使用者 Marshmallow 的 CC 許可。"]

那是 2008 年的夏天,言辭變得像全球變暖的車蓋一樣火熱,就像一輛 91 年雪佛蘭 Camaro RS(我的第二輛車,當然是帶 T 字頂的)的車蓋一樣。(你或許可以在車蓋上煎雞蛋,但你可以在選舉年辯論包裹著的炙熱的鐵皮屋頂上烤幾隻康沃爾母雞。)在真正的政治姿態中,共和黨總統候選人亞利桑那州參議員約翰·麥凱恩 (R-AZ) 浪費在科學研究上的政府支出嗤之以鼻,“我不知道這是親子鑑定問題還是刑事問題,但這是浪費錢。” 這是針對一項 300 萬美元的撥款,麥凱恩在他的競選活動中稱之為“熊親子鑑定測試”。

熊,曾經是里根政府的集結象徵,現在已成為美國政治中一切錯誤的象徵。當然,除非言論有行動支援,否則毫無意義,而參議員麥凱恩未能就他所舉例說明的政府浪費行為採取行動。2003 年,作為撥款委員會的成員,他最終投票贊成最終法案,而沒有試圖取消熊研究,就像他在接下來的 5 年裡繼續做的那樣,嘲笑這項研究。


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接近一隻熊:那邊那隻小熊聲稱你是它的父親,我們需要提取你的 DNA。接近另一隻熊:兩名徒步旅行者的食物被熊偷走了,我們認為是你。我們必須獲取 DNA。DNA 不符,你就無罪釋放,如果我可以這麼說。”——麥凱恩,參議院會議廳,03 年 2 月 13 日,引自 Factcheck.org

保護成功的案例

熊 DNA 研究,更正式的名稱是 北部大分水嶺灰熊專案 - 由美國地質調查局冰川野外站的 Katherine Kendall 博士領導,使用鐵絲網陷阱和 影片監控 攝像頭捕捉落基山脈各地熊的毛髮。這是一個雄心勃勃且非常成功的專案。在其執行過程中,已識別出該地區幾乎每一隻熊,估計約為 765 只(Kendall 等人,2009 年)。這項研究的重點是確定西北部大生態系統不可或缺的組成部分的種群規模,評估可追溯到 1975 年的灰熊保護措施的成功程度,並瞭解熊的個體(和群體)如何在地形中移動。例如,是否存在障礙阻止了熊的亞種群相互接觸,並做它們在野外相遇時會做的事情……你知道……作者在他們的研究中得出以下結論:

  1. 熊種群規模健康

  2. 2004 年,人類造成約 5% 的熊死亡,略高於他們認為可持續的水平

  3. 熊佔據的範圍超過恢復區以外的 10,000 平方公里

  4. 有證據表明,種群在主要交通走廊(如州際公路)上被分割

在衡量一項保護倡議時,這將被認為是一項成功的​​研究。他們進行了徹底的抽樣,採用了可靠的統計方法,創新性地使用了現有工具,對他們的資料做出了可靠的結論,並公正地評估了灰熊的保護狀況。儘管如此,即使您確信科學的完整性,您仍然可以合理地問,這是否值得 300 萬美元?這是一個合理的問題,也是科學家通常不屑於回答的問題。畢竟,當他們的研究已經通過了傳統科學審查的崇高渠道的判斷後,他們為什麼要向“管道工喬”回答他們研究的完整性呢?

當然,簡單的答案是,任何公共資助的研究的重要性都必須傳達給公眾。作為美國經濟的納稅人,無論我們是否知道或喜歡,我們都在資助政府機構、NSF 和 NIH 的所有研究。研究提案和研究實施之間常常存在脫節,部分原因是科學資助的幕後渠道。政府機構理所當然地將評估研究提案的工作交給了專家。專家出於各種原因對其他人的研究有既得利益,有些是不光彩的,但大多數人希望看到他們的領域在良好科學的指導下取得進展。一旦專家小組得出結論,認為該提案具有價值,預算適當,並且存在足夠的資金,研究就可以開始。這是提案過程的簡明簡化版本。

***有關“熊親子鑑定測試”的實際科學原理的更詳盡分解,請參閱南方油炸科學的這篇精彩文章:通量種群的有效規模***

諸如“熊親子鑑定測試”之類的誤導性陳述會讓普通公民感到震驚的原因之一是提交和評估研究提案的幕後性質。這並不是一件壞事,而僅僅是一種觀察。對於“管道工喬”來說,進行研究的成本似乎是輕率且煽動性的。畢竟,他正在努力維持生計,每天都在努力工作以養家餬口,並且從不向政府索取任何東西!與此同時,這些象牙塔裡的書呆子們卻在用他辛苦賺來的稅款下棋。300 萬美元是一大筆錢。

讓我們仔細看看納稅人資助的研究撥款的去向,從一項閃亮的新 100 萬美元國家科學基金會撥款開始。大學從總額中扣除相當大的一部分,大約接近 40%(但可能更高),這涵蓋了研究人員及其工作人員的所有住房成本,例如電費、支援人員工資(秘書、會計辦公室、維護人員等)、水和汙水處理、任何共享設施、您和您的研究人員將要使用的衛生紙量 - 以及其他等等。這將為該專案留下 600,000 美元。鑑於該研究將在 3 年內進行,那麼該專案每年約有 200,000 美元。許多專案都有多位研究人員,通常來自不同的機構,每個人獲得的金額取決於他們的參與程度。假設平均有 3 位研究人員,並且為了論證起見,每個人都同等程度地參與,因此資金平均分配,每人約 66,000 美元。

這 66,000 美元用於支付研究費用以及研究人員實驗室的研究和技術人員的工資。需要有人實際進行研究。研究生是您可以找到的最便宜的勞動力,可以進行實地研究或實驗,從事智力工作,並最終將研究成果發表。典型的研究生工資約為 18,000 美元,再加上管理費用和學費,使這個金額接近 40,000 美元。順便說一句,年薪為 35,000 美元的技術人員實際上可能花費研究人員大約 70,000 美元。在這種情況下,聘請技術人員將使研究人員超出預算。這給研究人員留下了 26,000 美元,其中一部分將支付研究人員的夏季工資(學術人員按 9 個月工資計算,因此另外 3 個月的支援可能約為 10,000 美元)。剩下的 16,000 美元用於前往野外地點的差旅費(4 名研究人員的機票?2400 美元。4 周野外工作的食物和住宿,按政府每日津貼標準?估計每天 80 美元,總計 2,200 美元 x 四名研究人員 = 8,800 美元)、實驗室分析和用品、實驗室成員的會議差旅和註冊費、出版成本以及幫助獲得下一筆撥款的初步實驗。最後剩下的錢很少。

顯然,政府撥款對於科學家來說並不是快速致富的計劃。相反,科學家、技術人員、研究生和其他研究人員有義務遵守其機構的工資準則,這些準則與典型的中產階級工資相當。但是,當公眾從政客那裡收到的資訊是,科學家濫用他們的稅款時,公眾就會感到困惑,而他們的民選官員與資金的去向幾乎無關。就像公民委託政客代表他們的利益向政府機構一樣,政客委託管理者和志願科學家來確定值得政府資助的最佳研究提案。

基礎研究的間接益處

在揭開熊保護遺傳學奧秘的旅程中,肯德爾和她的同事們不得不開發許多工具,才能達到他們可以發表最終結果的地步。其中一些是非侵入性野外方法,可以在沒有任何人為干預的情況下捕捉荒野中熊的毛髮。令人驚訝的是,透過遍佈西北部的這些毛髮陷阱,他們可以將此用作指示器,指示熊在廣闊範圍內的存在。多年來,相同的個體被追蹤了數千英里。

這項研究的價值之一是密集的抽樣。落基山脈上游幾乎每隻熊都已被清點。他們能夠匹配兄弟姐妹並重建家庭。這對於能夠使用遺傳資料測試生態學思想非常重要。種群遺傳學中最基本的問題之一是,需要多少遺傳標記才能將個體分配到任何特定種群。這是一個非常基本的方法論問題,相當複雜。

要將個體分配到種群,我們需要知道全同胞兄弟姐妹共享相同基因型的機率以及兩個個體具有相同基因型的機率(Woods 等人,1999 年;Waits 等人,2001 年)。要解決這個問題,確實需要一個包含已知關係的個體的完整資料集和大量遺傳標記。這正是熊 DNA 研究完成的工作。有了這些統計資料,現在的保護生物學家就可以評估標記集是否具有統計能力來檢測他們資料集中的相同個體。這非常重要,因為它使我們能夠找到準確地將個體分配到正確種群所需的最小標記數量。

這種基本的統計工具是熊親子鑑定測試的結果,其用途遠遠超出熊的領域,適用於任何保護遺傳學問題。當您花費數千美元管理瀕危物種時,您需要確保知道每個種群中有誰,種群之間正在發生多少交配以及種群如何在周圍移動。我本人也使用過這些工具來了解我開發的一組微衛星標記是否具有檢測相同基因型並正確地將個體分配到深海熱液噴口蝦種群的解析度(Zelnio 等人,2010 年)。

對熊的研究對整個領域產生了重大影響,並促進了對最深海盆進行創新研究。在政府資助研究的性質的片段和政治姿態之間經常被忽略的是進行研究的真正目的。基礎研究很少沒有應用成果。在回答研究目標的旅程中開發的新工具和方法可能影響深遠,併為整個研究領域樹立新的標杆。雖然您可能不在乎熊,但您可能在乎美洲獅、鳥類或蝴蝶。為一種物種開發的工具可能非常適用於整個動物生命領域。

最大的挑戰是使研究與每個人相關。這將需要與科學家、資助機構、政治家、傳播者和營銷人員進行廣泛的合作。我們需要更好的方法來表明基礎研究並非輕率之舉。當研究被用於政治姿態時,科學家和科學傳播者應該抓住時機,將其轉化為教育時刻。但這在媒體關注時最為重要。為了充分利用掌控誤導性局勢的機會,行動需要迅速而果斷。在政治格局中等待收集您的想法是政治自殺。這是一個反動的媒介,尤其是科學家不習慣的媒介。但是,如果我們想繼續成為科學領域的領導者,我們必須涉足其中並加入對話。

參考文獻

Kendall, K., Stetz, J., Boulanger, J., Macleod, A., Paetkau, D., & White, G. (2009). 恢復中的灰熊種群的種群統計學和遺傳結構。《野生動物管理雜誌》,73 (1), 3-17 DOI: 10.2193/2008-330

Woods, J.G., Paetkau, D., Lewis, D., McLellan, B.N., Proctor, M., & Strobeck, C. (1999). 自由放養的黑熊和棕熊的遺傳標記。《野生動物學會公報》, 27 (3), 616-627 JSTOR

Waits, L., Luikart, G., & Taberlet, P. (2001). 估計自然種群中基因型之間同一性的機率:注意事項和指南。《分子生態學》,10 (1), 249-256 DOI: 10.1046/j.1365-294X.2001.01185.x

Zelnio, K., Thaler, A., Jones, R., Saleu, W., Schultz, T., Dover, C., & Carlsson, J. (2010). 來自深海熱液噴口的 Chorocaris sp. (甲殼綱,十足目,Alvinocarididae) 中九個多型微衛星基因座的表徵。《保護遺傳學資源》,2 (1), 223-226 DOI: 10.1007/s12686-010-9243-0

About Kevin Zelnio

Kevin has a M.Sc. degree in biology from Penn State, a B.Sc. in Evolution and Ecology from University of California, Davis, and has worked at as a researcher at several major marine science institutions. His broad academic research interests have encompassed population genetics, biodiversity, community ecology, food webs and systematics of invertebrates at deep-sea chemosynthetic environments and elsewhere. Kevin has described several new species of anemones and shrimp. He is now a freelance writer, independent scientist and science communications consultant living near the Baltic coast of Sweden in a small, idyllic village.

Kevin is also the assistant editor and webmaster for Deep Sea News, where he contributes articles on marine science. His award-winning writing has been appeared in Seed Magazine, The Open Lab: Best Writing on Science Blogs (2007, 2009, 2010), Discovery Channel, ScienceBlogs, and Environmental Law Review among others. He spends most of his time enjoying the company of his wife and two kids, hiking, supporting local breweries, raising awareness for open access, playing guitar and songwriting. You can read up more about Kevin and listen to his music at his homepage, where you can also view his CV and Résumé, and follow him twitter and Google +.

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