我们住在山洞里，
猴子就在我们山洞上面的岩壁上，
它们会从山顶上的洞出来，
然后白天会在山上转悠，
一边吃东西一边休息。
刘志瑾 · 首都师范大学生命科学学院副教授
格致校园第24期 | 2022年4月15日 北京
还有一些比较特殊的，像大象也是受大家关注的。去年，我们国家西双版纳保护区的大象一路北上，甚至到达了昆明的附近。当时很多的媒体都在跟拍、直播它们的生活。还有一些有蹄类动物像羚羊之类的。
那今天，我主要是讲灵长类动物。为什么我们更关注灵长类动物呢？因为人类自己就是灵长类动物的一种。正是由于跟人类的这种亲密的亲缘关系，所以对灵长类动物的很多的研究，可以直接跟人类相关。比方说灵长类动物的演化与起源、大脑与认知、疾病和药理，还有一些社会和行为方面的研究，都跟人类是密切相关的。
追寻白头叶猴
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我今天要讲的这个故事的主角，就是我们国家特有的灵长类动物——白头叶猴。它为什么会有这么一个名字，我相信同学们看这两张照片就可以非常明白了。
▲ 图片来自网络
这是这种酒的瓶子和商标。他们就问当地的人，这个乌猿酒真的是里边有猴子吗？当地的人跟他说，这些酒是用一种灵长类动物的死去以后的骨头泡酒形成的。然后谭邦杰先生就非常感兴趣，说为什么要这么做？当地人跟他说，我们这的地形很多是喀斯特，雨季比较潮湿，然后这种动物生活在喀斯特的石洞里边。当地人认为它能够抵御风湿，所以它的骨头泡的酒，就有很多人喝。
那么谭先生继续在当地收集一些标本，他发现这个灵长类动物非常有特点，它身体是黑色的、头部是白色的。所以在1955年的时候，当时谭先生就发表了一篇文章，命名它为白头叶猴。
当我2007年博士毕业以后，我最想研究的就是这种动物，所以当时我去了白头叶猴的栖息地。
这是2007年我到广西，爬到山上拍的一张白头叶猴栖息地的照片。我的第一个感觉就是，这跟我想象中猴子的栖息地完全不一样。因为大家看动物世界也好，看一些节目也好，灵长类动物应该生活在什么地方呢？常规来说的话，它应该生活在森林里。
但照片明显可以看到，这个地方没有大片的森林，都是一些喀斯特石山。然后在空地上已经被庄稼、甘蔗地都填满了，只有山上面有一些稀疏的灌木丛，而这个动物就生活在山上。
这是当时我拍的第一个视频，不是特别清晰。但是大家仔细看一看，可以看到它在干什么。这个白头叶猴其实非常灵活，可以攀岩。它生活在石山上，而且在舔石壁上的水。因为当地旱季比较干旱，它只有舔一些露水才能够获取水分。
为了研究这种动物，我们当时进到保护区里面，找了一个驻地。大家可以看看当时的情况，周围都是喀斯特石山，然后这个池塘里当地人还养了一些鸭子。也就是说它们生活的环境，实际上已经有一些人类活动的干扰。
在工作之余，我们还是有休闲乐趣的，大家马上可以看到。因为当时在保护区里边，物资运输不是非常充足。所以说我们还可以在池塘里钓鱼，钓到鱼之后，中午或者晚上就把它吃掉。我们住在什么地方呢？实际上在大自然里面是没有楼房住的，我们就住在后面那个洞里面。
这就是那个洞，也就是说我们跟猴子一样，住在山洞里面。后来我们拍到了一些比较清晰的视频。大家可以仔细地看看，这个猴子它是怎么来舔这个岩壁的，以及猴子小的时候浑身是黄色的毛，后来它的头部和尾部也会变成白色。
在2007年的时候，我就问了我自己两个问题：第一，为什么白头叶猴的头和尾是白的，为什么它是一个黑白相间的形象？第二个问题是，它为什么能够生活在如此特殊的喀斯特环境里呢？因为它喝的水和吃的植物里面，钙含量都非常高的，从人类的角度对健康是不利的。
白头叶猴的演化之谜
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为了解决这个问题，从2008年开始，我们就开始了野外的研究工作。这张照片就是那个山洞里面的场景，我们就住在那个小木屋里面。这个穿红衣服的是我的队员，后面那个穿灰色冲锋衣的是我。
我们住在山洞里，猴子就在我们山洞上面的岩壁上，它们会从山顶上的洞出来，然后白天会在山上转悠，一边吃东西一边休息。因为它们非常的害羞，碰到人的时候，它们会一家人都挤成一堆然后看着你，你也看着它。但是你如果不再去近距离地靠近它的话，它看一会儿就又走了。
那么我们主要做的工作是什么？我们就是在捡它落下来的粪便。因为它是保护动物，所以不能够去伤害它。这个粪便有什么作用，后面我会再讲。
我们是住在山洞里，但是保护区只有那么一点范围吗？实际上不是，保护区还是很大的。上图是当时跟我们同时开展工作的别的单位，他们用三角翼飞机飞到天上去，用航拍的技术来拍保护区的地形。
但还是有一些山地，这些山地仔细看的话，实际上形成了一个一个的像天坑似的地形。里边的平地有些被开发了，但是有很多的地方还没有被开发。
而这个猴子它不生活在平地上，它就生活在这些岩壁上的洞里面，那么我们怎么样靠近它的洞呢？由于这是一个天坑的状态，所以必须要翻过去到那个坑里边。这个视频就是当时我们从外边往天坑里边翻。你需要爬，爬过去之后就是平地了，像一个世外桃源一样。
你还能够看到当地农民在这放养的牛，我们也不知道牛是怎么过来的，反正人爬是挺费劲的。然后在平地的四周就是喀斯特岩壁，猴子就生活在这些岩壁上。
我们结束了野外采样工作之后，在2010年的时候，我们开始跟一些动物园和一些繁育单位合作。因为他们有一些圈养的白头叶猴，所以我们也采集了一些血液的样本。上图是当时采样的情景，还有兽医配合我们去采。采样之后干什么呢？我们能够从样品里边，提取出来它们的演化遗传信息。无论是血液样品还是粪便样品，我们都会拿来实验，因为粪便样品里面有它脱落的肠壁细胞。
从2011年开始，我们就在实验室里开展工作，主要做DNA的提取。通过一系列的试验方法，用试剂盒从细胞里面提出来DNA片段，最后测序，得到它的序列。到2012年的时候，我们有了一个初步的结果。当时我们一共采集了黑叶猴的13个种群，178个个体的样品。因为黑叶猴分布得比较广，在我国的贵州、广西还有中越边境、越南北部边境都有一些分布，因此样本的地理范围也非常广。
白头叶猴我们采集了3个种群，54个个体。白头叶猴只分布在我们国家的广西两条河中间的一个非常狭小的地带。然后我们还采集到了越南的金头叶猴的1个种群，19个个体的样品。金头叶猴只分布在亚龙湾的一个小岛上，它只有一个种群。
经过网络分析，我们发现所有的黑叶猴基本上是聚成一组的；金头叶猴也是聚成一组的，但是它跟越南的黑叶猴关系最近；而我们国家的白头叶猴，就是上图红色和粉红色的部分，这一组也是单独聚成一组，它跟我们国家广西的黑叶猴关系最近。
这个网络结构说明了什么呢？它说明了金头叶猴和白头叶猴之间的关系并不是最近的。也就是说白头叶猴不能作为金头叶猴的一个亚种。如果说金头叶猴是一个物种的话，那么白头叶猴应该作为一个独立的物种来对待。
在2014年和2015年的时候，我们就把研究工作发表在科学期刊《保护生物学》（Conservation Biology）上，当时的封面就用了我们拍的白头叶猴的照片。全世界都能了解到，我们国家有这么一种独特的灵长类动物。
但是我认为在这个时候，我们只是回答了一个基本的问题，就是说白头叶猴是由黑叶猴演化过来的。但是它为什么是黑白色的，以及它为什么能够在喀斯特地形生存，这个问题还是没有得到一个圆满的回答。所以说在2016年的时候，我们开展了它的基因组学研究，彻底探讨了一下石山叶猴这个谱系，以及它们的近亲森林叶猴之间，演化关系到底是什么样子的。
最后我们得到的结论是这样：大概在300万年的时候，石山叶猴这个分支已经跟森林叶猴分开了。目前所有的石山叶猴，包括白头叶猴、黑叶猴还有金头叶猴，它们的共同祖先是在100万年以前。而白头叶猴跟黑叶猴的分化时间节点，我们推算出来大概是在距今35万年以前。
同时我们发现了一个非常特殊的生理学现象。大家应该都去过医院，如果需要的话，医生会给你做个血液检查，查查你是被病毒感染了，还是被细菌感染了，同时也会检测你的血液里边微量元素的含量。
当时我们的实验就发现，黑叶猴血液的血钙浓度明显的大于猕猴、食蟹猴还有人类，主要原因就是它长期生活在喀斯特环境下，它要喝钙含量很高的水，吃那些钙含量很高的植物，所以说它血液钙含量自然高。而这个浓度在人类里面就会引起很多疾病，像癫痫或者肌肉抽搐。
▲ 钙离子通道的特异突变
但是为什么石山叶猴血钙含量高，而它自己却没有问题呢？我们发现石山叶猴跟其他灵长类动物相比，它在钙离子转运蛋白上存在特异的突变。像上图大家可以看到，它中间有一个突变，上边是一个R（精氨酸），底下是K（赖氨酸），说明这个蛋白发生了氨基酸的突变。那么这个突变会有什么作用呢？我们做了个试验。
上图是它的离子通道的一个模式图。我们可以看到，人类的血液钙含量比较低，所以说这个通道打开一次的时候，它进入细胞的钙离子的量是正好合适的。但是石山叶猴血液里面的钙离子浓度非常高，如果它这个基因不发生突变的话，那么这个通道打开一次，可能会进来非常多的钙离子，这时候细胞就会承受不住压力而死亡。所以这个突变发生在了蛋白开关的一个调控位置，就像它改变了门的把手一样。
就像一间教室，在正常的情况下，开一次门进来10个同学，一点问题都没有，大家坐好就可以了。但是如果这个时候，外面有一万个同学，你开一次门，可能涌进来100个同学，那这个教室可能就承受不住了。所以这个时候，你要改变一下门把手，每开一次门开得小一点，那么进来20个同学、30个同学，也还承受得住。所以我们认为这是石山叶猴它能适应喀斯特环境，能够在这个环境下生存的一个主要的机理。
而这个发现对人类有什么影响呢？我们发现这个蛋白的突变在人里面也是存在的。但是在1000万个人里面，只有8个人有这个突变，就像上图，只有右下角的红色代表他可能是拥有这个突变的人，突变的比例非常小。这是因为在石山叶猴的血液里面，让钙流入减少，是因为它本身钙就很高；但是人的血液里面，减少钙离子流动，细胞就会因为钙不足而产生问题。也就是说灵长类动物的演化故事，实际上能够为我们人类的医学健康提供一些新的知识。
为什么头尾是白色的？
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在2020年的时候，我们又开展了形态学的研究——为什么白头叶猴有白色的头和尾。
大家看这两张图片，你们觉得在哪张图上，能够更容易地找到猴子呢？上面这张图，我们可以看到中间那个黑点，仔细看的话，那就是白头叶猴。因为它的头部和尾部跟石灰岩的颜色很像，所以很容易把它看成块石头，黑色就是石头阴影，跟上面石头的阴影是一样的。下面的图片是黑叶猴，还是更容易能够看得出来这是一个动物的形状，头和尾都比较明显。
所以我们认为，白头叶猴的白色的尾和头是一个保护色。因为它存在一个基因EDNRB的突变。这个基因的突变在其他动物里面，比方说像大鼠和小鼠以及马里面都有发现，它会引起身体头部和其他部分的一些斑块化的变化。
▲ 白头叶猴和黑叶猴尾部基因表达的结果示意图
我们又对比了一下白头叶猴和它的近亲黑叶猴。有一个偶然的机会，动物园给灵长类动物做体检，我们拔了两种猴子尾巴的毛。然后我们在毛囊里面提取了蛋白和RNA做了检查，果然发现在黑叶猴黑色尾巴的毛囊里面，这个蛋白是表达的，但是在白头叶猴里面就不表达。所以说白头叶猴的尾巴就没办法合成黑色素，因此呈现出白色。我想可能头部也是同样的原因，但是我们不能在头部拔毛了，因为那对这个猴子的伤害就太大了。
经过十多年的一系列的工作，我想现在可能能够回答十多年以前我提出的两个问题。第一个：为什么白头叶猴是黑白色的？答案就是白头叶猴是35万年前从黑叶猴演化过来的，它原来是不白的，正是由于EDNRB基因的调控变化，它身体的头部和尾部变白了，这个变化是适应环境的一种特征。
那么为什么石山叶猴类能够适应喀斯特这种高钙的环境呢？答案是它的钙离子信号通路上的蛋白突变，能够减缓细胞外钙内流的强度，它们才能够适应喀斯特这么一种特殊的石山环境。
现在再也没有人拿这种珍贵的灵长类动物去泡酒了，而是把它们当做重要的生物资源来保护。这是因为灵长类动物，或者说其他所有的动物，它们身上的演化故事是一个宝贵的知识宝藏，而且对人类社会也是非常有作用的。
所以我最后的总结就是，地球上所有的生命，都和大家、和你我相关。保护生物多样性，就是保护人类自身。
谢谢大家！
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