基因组中的分家故事用分子数据推测演化历史,靠的是比对多个基因组中的相对差异。基因组本质上是上亿个核苷酸小分子相连组成的大分子序列,其中ATCG四种核苷酸的不同排列组合就蕴含着遗传信息。在漫长的演化过程中,各种随机的遗传变异不停地发生,表现为基因组中的一些核苷酸发生了增减替换。因此,如果两只老虎的基因组序列差别较小,这意味着它们的分化较小,亲缘关系更近,反之则表明二者的共同祖先更加久远,或者说二者所代表的虎的群体“分家”历史比较长了。
基于这个最基本的原理,研究者根据一系列算法分析指出,32只来自不同地区的虎可以分成六组,分别对应之前提到的六个亚种。比如说,在不同个体中,单个核苷酸位点上出现两种不同的核苷酸是一种遗传差异(单核苷酸差异,SNV)。在虎的线粒体基因组中,仅有196个SNV位点,而其中有173个的差异和亚种划分相对应——不同的亚种有着不同的核苷酸,而相同亚种的个体核苷酸相同。这说明六个亚种之间的地理隔离的确造成了遗传上的显著“分隔”,也就是说亚种间的区分是有意义的。
利用基因组序列信息,研究者们还对虎的种群历史进行了统计学推断,揭示了这个物种与地质变化息息相关的演化历史——
从两三百万年前,虎就作为一个独立物种与豹属其它的大猫分道扬镳,开始了独自分化。然而,统计推断表明现有的这32个基因组可以追溯到11万年前的共同祖先。换句话说,从虎成为独立物种开始到11万年前,这段演化历史中产生的绝大多数遗传变异都没有保留下来。这是为什么呢?
种群遗传学中有个所谓的“瓶颈效应”,说的是当动物群体数量大幅减少时,原本存在于群体中的遗传差异也随之丢失。那么,这些虎在当时经历了什么呢?原来,11万年前,地球刚刚经历了长时间冰期肆虐的严寒天气,适应森林生境的老虎们很可能正是遭遇这个“瓶颈”,导致种群数量减少,遗传多样性也随之降低。

瓶颈效应示意图,经过瓶颈筛选后,红色的个体彻底消失了。
寒冷气候还有另一个效果:在温暖时期遍布亚洲的森林,很可能逐步退缩到了一些互不相连的地区碎片中,也就是所谓的“避难所”。“逐森林而居”的虎也自然因此被分割成了不同的群体分别演化,这也许就是11万年前各个亚种分化的起始。统计推断出的演化历史,也展现了虎在末次冰期的气候动荡中,逐步占领各个地区的筚路蓝缕。
在东南亚的生物演化史上,苏门答腊岛上的多峇超级火山是个狠角色。大约75000年前的喷发导致了全球性的气候变冷,也很可能导致巽他群岛上原有的老虎团灭。现存的苏门答腊虎和曾经的爪哇虎、巴厘虎,正是在距今67000年前后由印支地区(中南半岛和马来半岛)迁入岛屿重新“殖民”的个体。

摄于1938年的爪哇虎影像资料。
此后,印支地区的虎又在距今53000年前后进入南亚,分化出了孟加拉虎。大约34000年前,沿西南地区进入中国的老虎一面向北扩散形成后来的东北虎,一面在西部遇到了此前蜗居在我国西南山地的一小支遗老遗少,形成了华南虎亚种。而随后的末次冰期最高峰,使得克拉地峡的森林退化,对印支地区的个体形成阻隔,分化出了印支虎和马来虎。大概12000年前,雄踞北方的东北虎向西探索,形成了遗传上与其差异不大的里海虎亚种。

虎的历史分布及现有分布区域,箭头表示论文中推测的各亚种演化历史。