【創新引領“十四五” 實干成就“倍增+”】從有害到互利?———蘭大研究團隊牽頭破解鼠類與植物互作的行為之謎

日期: 2022-04-26 閱讀: 來源: 關鍵詞:

提到老鼠,人們腦海里隨之而來的很可能就是啃食糧食作物,造成糧食減產,傳播人畜共患疾病等等,對人類的生產生活產生巨大危害。然而,“鼠害”只是鼠類研究的一個方向。在生態系統里,鼠類與大自然的關系比人們想象的更為豐富。例如,它們與植物的互作關系就復雜而有趣,因為它們不只是對植物有害的“捕食者”,還可能幫助植物更新與擴散,有著“互惠互利”的關系。

記錄鼠類貯藏行為

2020年7月,在前期相關研究的基礎上,蘭州大學生態學院嚴川教授團隊以研究物種間互作關系為出發點,建立了一個關于鼠類貯藏行為的全球數據庫,基于系統發育信號、祖先性狀重建及生態因素相關的廣義線性回歸模型,分析了183種鼠類對植物種子貯藏行為的演化和生態因素。在全球尺度上,以鼠類和種子植物的種間關系為開端,探究鼠類-植物生態互作網絡。

“團隊合作的結果”

“鼠類取食植物的種子,并將種子搬運且貯藏到落葉下、土壤淺表、巢中等,以儲備能量?!眹来ń榻B,根據貯藏方式和地點的不同,鼠類的貯藏行為可分為分散貯藏和集中貯藏。分散貯藏指將種子貯藏于不同地點,后期再取食或搬回巢中,該過程中由于貯藏地點過多或者忘記路線,部分種子可能會被遺忘,若貯藏地點的微氣候、土壤等條件適宜,種子就有機會在這里得以萌發;集中貯藏指將種子搬回巢中,直接取食,通常不利于種子萌發。其中,分散貯藏行為尤為受到關注。對此學界存在不同假說,其中一種認為分散貯藏有利于鼠類對食物資源的“快速占有”。更為重要的是,分散貯藏行為是鼠類與種子植物之間互惠關系的行為基礎。

獲取數據的前提是實驗,鼠類貯藏行為的數據分析也不例外?!皞鹘y上,收集鼠類貯藏行為數據的實驗是種子釋放實驗?!眹来ㄌ岬?。收集若干個植物掉落的種子,每一粒都鉆孔,用細線穿過,將塑料標簽牌綁在上面,分組釋放于樹林中,監測追蹤種子被鼠類搬運貯藏的命運,這就是種子釋放實驗。實驗人員需在第二天,在一定范圍內尋找被鼠類藏起來的帶有標簽的種子,而這漫長的找尋過程只是進行鼠類貯藏行為研究的第一步。

“一篇文章的發表不是一個人的成果,是一個團隊共同努力的結果?!眹来ń淌趫F隊的研究生張永俊坦言,前人已經做了很多基礎工作,他們要做的是一種匯總,將行業往前推動一小點,為推動從量變到質變做出一點小貢獻。前人對于貯藏行為的研究主要集中在比較鳥類中貯藏者和非貯藏者之間的異同,而他們的任務則是探究嚙齒目中兩種貯藏行為的進化及影響因素。2020年7月,張永俊在嚴川的指導下開始開展這項研究,收集國內合作團隊的研究數據,并從webofsci-ence等開源數據庫檢索文獻,以“嚙齒動物”“貯藏”等關鍵詞搜索,張永俊最終檢索出相關文獻2000多篇。為了選取更有用的數據,張永俊對文獻進一步甄別,最終選取與研究主題相關性較高的文獻300多篇,并對相關數據進行分析研究。為了弄清鼠類貯藏行為的機制,團隊從鼠類的系統發育關系和生態因素兩個方面進行研究。

“科研是一個不斷修正的過程”

系統發育信號是理解動物行為和生態特征的一個基本方面。通過系統發育信號檢驗,可以考察鼠類貯藏行為是否具有保守性,即是否親緣關系越近的物種,越傾向于有相同的行為。嚴川團隊從開源數據庫選取了一個追溯了近6000種哺乳動物的進化史的“系統發育樹”,從中提取目標物種的親緣關系數據,通過數據分析,表明鼠類貯藏行為的系統發育信號與布朗模型相似,“這表明鼠類的兩種貯藏行為在系統發育上具有保守性?!彪S后,團隊通過“最大簡約法”和“最大似然法”兩種方法來進行鼠類的祖先性狀重建研究。兩種方法都表明“集中貯藏行為可能是鼠類貯藏行為的祖先策略?!?/p>

此外,祖先性狀重建分析表明,即使在親緣關系較遠的物種中,也出現了“不約而同”地選擇分散貯藏的鼠類,這表明分散貯藏行為是經過多次獨立進化而來的。嚴川提到,多次獨立進化可能是因為“趨同進化”,即使是親緣關系比較遠的物種,也會因為生活環境的相似,進化出一些相同的行為性狀或特征。

“除了演化歷史之外,我們還想知道,怎樣的生態學特征促使了鼠類對這兩種不同貯藏行為的選擇?!眹来ㄕf道。對此,團隊選取相對腦容量、食性、體重和分布緯度這四個自變量進行研究。結果表明,相對腦容量較大、雜食性的鼠類傾向于分散貯藏種子,緯度分布較高的鼠類傾向于集中貯藏,而體重大小與貯藏行為的總體關系并不顯著。這項研究首次發現了鼠類食物類型和貯藏行為之間的相關性,但該結果尚未有實驗數據支撐。團隊討論認為,可能雜食性鼠類的食物來源范圍大,集中貯藏不利于食物的“快速占有”,全部搬回巢穴反而增加了它的“工作量”,增加了時間成本,“它們可以就地貯藏,這樣更能幫助它們獲得更多的食物?!?/p>

“科研是一個不斷修正的過程?!眹来ㄌ岬?,“我們原本的一個假設并未被我們的數據所證實?!睂τ隗w重這一自變量,團隊最初的假設是體重越大,競爭和防御盜竊的能力越強,越傾向于集中貯藏,“集中貯藏的食物更容易引來其他動物的盜取行為,我們一開始覺得體重大的可能會傾向于集中貯藏”。經過分析,他們沒有驗證這個結論。但團隊并沒有到此為止,通過進一步細致分析,團隊發現這個猜想在少部分類群中適用,“在鼠類這個大群體中,體重的假設沒有得到驗證,但是在個別小類群中也有所體現?!?/p>

那么,鼠類的貯藏行為是確定的嗎?是否采取集中貯藏策略的鼠類就不會進行分散貯藏?

面對這個問題,嚴川提到并非如此。實際上,鼠類對于兩種不同貯藏行為的選擇是一種傾向性問題,并不是某一種鼠類一定只選擇一種行為?!胺稚ⅰ焙汀凹小眱煞N貯藏行為是在一條連續行為譜的兩端,其中集中貯藏為0%,分散貯藏為100%?!皟煞N行為策略鼠類都可能采取,只不過是誰多誰少的問題”。比如,某種鼠類有“80%”的概率傾向于分散貯藏種子,這個“80%”就是貯藏行為的連續型數據。團隊從所有數據中心整理提取了一些鼠類的貯藏行為連續型數據,將這些數據納入分析后,進一步證明了上述關于相對腦容量和雜食性特征的結論。

“厘清生態互作網絡是我們的終極目標”

在嚴川團隊的研究中,鼠類種子貯藏行為不再是單純地破壞人類生產生活的行為,而是生態系統中的重要一環,是自然界植物種子擴散的途徑之一,“我們對任何物種的研究從來都不單純以利害作為切入點,而是想要深入了解本質,了解它們與其他物種的關系,以及在整個生態系統中的角色?!敝参锓N子從母樹上掉下來之后,需要和母樹競爭陽光、水等資源,是很難在母樹周邊萌發成苗的。而鼠類將其帶到遠離母樹的地方,藏在比較淺的土層里或枯葉下,“如果它忘記自己分散貯藏的種子,不去食用,再加上適宜的生長環境,反而會促進種子的萌發?!眹来ㄕf道。這時,鼠類和植物之間的關系就由捕食對抗關系轉向互惠關系。

事實上,鼠類和植物之間的互作關系是自然生態群落中一個重要的功能團?!斑@項研究是我們后續研究的一個前期工作,我們的最終目的是描述清楚鼠類與其他動植物的整個生態互作網絡?!眹来ㄕf道。在整個生態系統中,動物與植物、植物與植物、動物與動物等,每對物種之間都有可能形成一種關系,當關系越來越多時,生態系統就好比“一個巨大的網絡”。

談及生物多樣性與生態學研究,嚴川談到,保護生物多樣性不只需要了解生物的種類與數量,還需要厘清每一物種的功能和相互作用,“只有把這個網絡中的每一條連接搞清楚了,我們才能看清這個網絡的運轉,才能明白如果某一物種消失或增加會發生什么?!北Wo工作也并不是單純地處理動植物問題,而是處理動植物和人的關系問題。

生態互作網絡是對自然界更加真實的一種描述,“厘清這一網絡還有很長的路要走?!睆堄揽≌f道。

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文:孔子俊,李蕓萱
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編輯:劉烜均
責任編輯:彭倩

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