走近国内外姜科植物学的权威专家(一)——采访W. John Kress博士

姜虹 /翻译   赵金丽 /采访

采访人物简介:

W. John Kress博士,美国人,国际知名植物学家,曾于1996至2005年任美国国家自然历史博物馆植物部主任、美国国家植物标本馆馆长,目前担任ATBC执行主席,在热带植物学研究领域,特别是姜目植物系统学、植物与传粉动物相互关系与协同进化、植物分子条形码技术、热带生物学和保护生物学研究等领域具有很高的声望。研究成果多次发表在SCIENCE、PNAS和ECOLOGY等国际著名期刊上,目前发表论文或专著130余篇(部)。

姜科植物在热带森林功能中扮演了非常重要的角色,尤其是林下层。它们色彩鲜艳,很容易被传粉者和取食动物发现。对人们的生活而言,姜科植物可以作为食物,或者作为调料让菜肴变得更加鲜美,另外,也可以是治疗疾病的药物,同时有些姜科植物很漂亮,经常作为观赏植物。

早期姜科植物的分类方法主要以形态学为基础,但是不同植物的花、叶形态有时会很相似,另外,姜科植物的花期很短,这给植物鉴定与分类带来不便。“我们现在正在使用新的鉴定方法——DNA条形码,即通过植物的DNA片段来鉴定它们,这种方法非常有效,只需要短短500-1000bp的DNA片段就可以鉴别每一个种。” 为此,W. John Kress博士还向我们做了个形象的说明:“比如我有一份菠萝或西红柿标本,但我并不知道它是哪个种,我就可以提取它们的DNA片段,排好序列,然后与DNA条形码序列库进行比对,就可以鉴定它是什么物种。”这样,“如果我们只有姜科植物的一小片叶子,通过DNA条形码就可以鉴定它们,就不必非要等到花期了。”

利用DNA特征和系统发育学的手段,科学家们可以更清楚的了解姜科(目)植物的种、属、科是如何进化的,这样,除了形态学的基础依据,科学家们还会利用DNA技术、系统发育学的证据来进行分类,不断提高姜科植物分类的准确性。

对有志成为分类学家的学生们,W. John Kress博士还建议说:“应该学会做各种工作,不能只做DNA,也不能只做传统分类或生态学研究,而是什么都要试着做一些,并好好思考如何将这些工作整合在一起,这样思维才会更广阔,才会产生更好的想法。”

2009年7月,第5届国际姜科植物学大会在中国科学院西双版纳热带植物园召开,《雨林故事》就DNA条形码技术、姜科(目)植物系统发育学、姜科植物传粉等话题采访了W. John Kress博士,具体内容如下:

背景

《雨林故事》:今天很荣幸能采访您,我们的采访总共有4个部分,首先聊聊您的背景好吗?

John:OK, 没问题。我出生在美国中部,但我大部分时间都生活在东海岸。我从哈佛大学毕业后在杜克大学取得了博士学位,而现在我成了史密森尼博物馆的一名植物学家,到目前为止,我已经在这里工作了20年。

《雨林故事》:您目前主要的研究领域是什么呢?

John:有几个方面,一是姜科植物,包括姜科植物的生态学和进化学研究;二是DNA条形码(DNA bar-coding),就是用基因方法鉴定物种;另外我还在写一些书,如《植物采集》、《21世纪的植物学》和《植物与艺术》(Plant Collecting, Botany in 21 Century, Botanical Art)等。

《雨林故事》:您是怎么对蝎尾蕉科和姜目植物的系统进化感兴趣的?

John:学生时代,我在佛罗里达州(美国很接近热带的一个州)选修了热带植物学课程。当我第一次在植物园里看到蝎尾蕉属和姜科植物时,就希望自己此生都能与它们结缘,很庆幸这个愿望也得以实现了。

《雨林故事》:您在这个领域研究了很多年?

John:是的,最初开始于我的博士论文,我研究了一组蝎尾蕉属植物,之后,我发现人们对蝎尾蕉属的其他近缘植物如芭蕉、姜科等植物的分类和进化知识都所知甚少。所以,我觉得这个领域值得花大量时间和精力研究。

姜科植物的研究热点

《雨林故事》:下面进入我们采访的第二部分,关于姜科植物的研究 。在您看来,姜科植物与人类生活有什么关系呢?

John:问得很好。我想先聊点别的,如姜科植物与地球生命的关系。姜科和蝎尾蕉科植物在热带森林功能中扮演了非常重要的角色,尤其是林下层。它们是森林群落里非常重要的一部分,因为它们色彩鲜艳,很容易被传粉者和取食动物发现。对人们的生活而言,姜科植物可以作为食物,或者作为调料让菜肴变得更加鲜美,另外,也可以是治疗疾病的药物,同时有些姜科植物很漂亮,经常作为观赏植物。

《雨林故事》:什么是DNA条形码技术?在热带生物学研究中它有什么优势呢?如何用这种技术来鉴定姜科植物?

John:传统鉴定植物的方法不外乎通过花、叶和种子等各个器官的形态特征来鉴定,我们现在正在使用新的鉴定方法——DNA条形码,即通过植物的DNA片段来鉴定它们,这种方法非常有效,只需要短短500-1000bp的DNA片段就可以鉴别每一个种。比如我有一份菠萝或西红柿标本,但我并不知道它是哪个种,我就可以提取它们的DNA片段,排好序列,然后与DNA条形码序列库进行比对,从而鉴定它是什么物种。传统方法中,我们要通过姜科植物的花来鉴定它们(姜科植物的花期很短),但如果我们只有一小片叶子,通过DNA条形码就可以鉴定它们,就不必非要等到花期了。现在我们和张玲博士正合作建立中国姜科植物的条形码库,这个工作正在中国科学院西双版纳热带植物园(简称版纳植物园)和昆明的实验室紧锣密鼓的进行着。

《雨林故事》:系统发育学现在是分类学研究的热点。对姜科植物来说,分子生物学和传统的形态学分类存在着一些差异,如何解决它们之间的兼容性?

John:早期分类主要以形态学为基础,但是不同植物的花、叶形态有时会很相似,这使我们很困惑。利用DNA特征和系统发育学的手段,我们可以更清楚的了解种、属、科是如何进化的,这样,我们就有更多的证据来进行分类,而不仅仅通过形态学的分类方法。DNA 技术和系统发育学是很有意思的,我们每年都取得了很多进展。

《雨林故事》:姜科植物是由蝙蝠和蝴蝶传粉的,您能给我们讲一些有趣的传粉故事吗?

John:最有意思的莫过于李庆军博士和他的学生们在西双版纳发现的一种姜科植物,由熊蜂或蜜蜂传粉。花长得很特别,卷曲的花柱可以上下运动,促使传粉昆虫在不同花型的植株上为花朵传粉。还有一些姜科植物,花开得很鲜艳很漂亮,是靠鸟儿传粉。在亚洲的一些地区(中国还没发现),有些物种长在茂密的森林里,植株高大,靠蝙蝠传粉。总之,姜科植物的传粉动物多种多样,但主要是蜜蜂和蛾。在西双版纳就有一种靠蛾传粉的白色姜花,傣族女孩喜欢戴在头上,花型漂亮,花香浓郁,夜晚的时候吸引蛾来为它们传粉。

土著人与姜科植物研究

《雨林故事》: 您到过很多国家和地区,当地的土著人对您的工作持什么样的态度?他们知道您吗?您会去从未有科学家到过的偏远地方吗?

John:有些地方我去过很多次,当地人都知道我,而有些地方从来没有人去研究姜科或者其他植物。人们偶然得知蜜蜂、蛾或者蝴蝶和植物之间的有趣故事后,他们对我们的研究就都有了兴趣,同时也对研究这些趣事的科学家们关注起来。这常常让我乐此不疲地去一些新的地方去看看自己能有什么新发现。

《雨林故事》:我们可以从当地的土著人身上学到什么?您能用姜科植物给我们举些例子吗?

John:作为科研人员,我们会对植物进行多次细致的科学观察,并做好记录,例如我们会记录传粉者拜访不同姜科植物的次数。事实上,在我们做这些之前,当地的土著人已经观察过它们,即便不是严谨的科学方法。当他们知道了我们在做什么,也清楚我们会进行更深入的研究。这样一来,通过彼此的交流我们互相学习,这让我们的研究变得更顺利,对科研非常有益。

《雨林故事》:姜科植物有濒临灭绝的危险吗?对当地土著人保护意识的改变,您觉得教育起到了什么作用?

John:就目前来看,大多数姜科植物还不会灭绝,有的数量还很多;但有些物种却有灭绝的可能,因为它们原生境所在的森林发生了改变,最严重的就是整片森林采伐。在某种程度上,教育可以让当地土著人明白他们所做的会对环境造成很大影响,因为很多人并不知道砍树和橡胶种植可能会导致物种灭绝;另外,也需要通过教育的途径告诉当地人不要砍伐森林,并为他们提供其它可行的出路。关于教育,我们要做的还相当多。

《雨林故事》:昨天我问了一位科学家关于教育的问题,他告诉我,教育当地只需要告诉他们如何创收就可以了。对于这样的说法,您是怎么看待的呢?

John:如何创收?利用乡土植物进行创收完全是可能的,在森林内外种植这些植物,用作切花、药物或食物,这样的经济利用不但增加了收入,又可以避免这些植物被灭绝。当地土著人看到我这样的科学家去研究他们庭院或附近森林里的植物,他们就会明白这些植物其实是非常重要的,从此以后会对它们另眼相看,好好照看它们。

观点

《雨林故事》:作为版纳植物园的第一位海外咨询专家,您是如何看待您和版纳植物园的关系?

John:我想这是我作为一个科学家所获得的最好的合作关系,我喜欢版纳植物园的人:从园主任到科学家再到科普工作者,大家都很坦率、友好,对我的研究也很感兴趣;而且他们也很希望为姜科植物的研究做出更好努力。

《雨林故事》:进入21世纪后,姜科植物研究获得了哪些进展呢?

John:在过去的九年里,我们对姜科植物进化的研究大大促进了姜科植物的分类。我们描述了很多姜科的新种,也更加了解它们的生态学特性,就此看来,这十多年的工作还是卓有成效的。

《雨林故事》:对于有志成为分类学家的学生,您有什么建议吗?

John:对于这些学生,我的建议是他们应该学会做各种工作,不能只做DNA,也不能只做传统分类或生态学研究,而是什么都要试着做一些,并好好思考如何将这些工作整合在一起,这样思维才会更广阔,才会产生更好的想法。

致谢:采访过程中陈文有、段其武协助拍摄,录像听译过程得到范欢博士的帮助,以及最后校稿时张玲博士提出的宝贵修改意见,在此一并感谢。

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