【创新引领“十四五” 实干成就“倍增+”】从有害到互利?———兰大研究团队牵头破解鼠类与植物互作的行为之谜

日期: 2022-04-26 阅读: 来源: 关键词:

提到老鼠,人们脑海里随之而来的很可能就是啃食粮食作物,造成粮食减产,传播人畜共患疾病等等,对人类的生产生活产生巨大危害。然而,“鼠害”只是鼠类研究的一个方向。在生态系统里,鼠类与大自然的关系比人们想象的更为丰富。例如,它们与植物的互作关系就复杂而有趣,因为它们不只是对植物有害的“捕食者”,还可能帮助植物更新与扩散,有着“互惠互利”的关系。

记录鼠类贮藏行为

2020年7月,在前期相关研究的基础上,兰州大学生态学院严川教授团队以研究物种间互作关系为出发点,建立了一个关于鼠类贮藏行为的全球数据库,基于系统发育信号、祖先性状重建及生态因素相关的广义线性回归模型,分析了183种鼠类对植物种子贮藏行为的演化和生态因素。在全球尺度上,以鼠类和种子植物的种间关系为开端,探究鼠类-植物生态互作网络。

“团队合作的结果”

“鼠类取食植物的种子,并将种子搬运且贮藏到落叶下、土壤浅表、巢中等,以储备能量。”严川介绍,根据贮藏方式和地点的不同,鼠类的贮藏行为可分为分散贮藏和集中贮藏。分散贮藏指将种子贮藏于不同地点,后期再取食或搬回巢中,该过程中由于贮藏地点过多或者忘记路线,部分种子可能会被遗忘,若贮藏地点的微气候、土壤等条件适宜,种子就有机会在这里得以萌发;集中贮藏指将种子搬回巢中,直接取食,通常不利于种子萌发。其中,分散贮藏行为尤为受到关注。对此学界存在不同假说,其中一种认为分散贮藏有利于鼠类对食物资源的“快速占有”。更为重要的是,分散贮藏行为是鼠类与种子植物之间互惠关系的行为基础。

获取数据的前提是实验,鼠类贮藏行为的数据分析也不例外。“传统上,收集鼠类贮藏行为数据的实验是种子释放实验。”严川提到。收集若干个植物掉落的种子,每一粒都钻孔,用细线穿过,将塑料标签牌绑在上面,分组释放于树林中,监测追踪种子被鼠类搬运贮藏的命运,这就是种子释放实验。实验人员需在第二天,在一定范围内寻找被鼠类藏起来的带有标签的种子,而这漫长的找寻过程只是进行鼠类贮藏行为研究的第一步。

“一篇文章的发表不是一个人的成果,是一个团队共同努力的结果。”严川教授团队的研究生张永俊坦言,前人已经做了很多基础工作,他们要做的是一种汇总,将行业往前推动一小点,为推动从量变到质变做出一点小贡献。前人对于贮藏行为的研究主要集中在比较鸟类中贮藏者和非贮藏者之间的异同,而他们的任务则是探究啮齿目中两种贮藏行为的进化及影响因素。2020年7月,张永俊在严川的指导下开始开展这项研究,收集国内合作团队的研究数据,并从webofsci-ence等开源数据库检索文献,以“啮齿动物”“贮藏”等关键词搜索,张永俊最终检索出相关文献2000多篇。为了选取更有用的数据,张永俊对文献进一步甄别,最终选取与研究主题相关性较高的文献300多篇,并对相关数据进行分析研究。为了弄清鼠类贮藏行为的机制,团队从鼠类的系统发育关系和生态因素两个方面进行研究。

“科研是一个不断修正的过程”

系统发育信号是理解动物行为和生态特征的一个基本方面。通过系统发育信号检验,可以考察鼠类贮藏行为是否具有保守性,即是否亲缘关系越近的物种,越倾向于有相同的行为。严川团队从开源数据库选取了一个追溯了近6000种哺乳动物的进化史的“系统发育树”,从中提取目标物种的亲缘关系数据,通过数据分析,表明鼠类贮藏行为的系统发育信号与布朗模型相似,“这表明鼠类的两种贮藏行为在系统发育上具有保守性。”随后,团队通过“最大简约法”和“最大似然法”两种方法来进行鼠类的祖先性状重建研究。两种方法都表明“集中贮藏行为可能是鼠类贮藏行为的祖先策略。”

此外,祖先性状重建分析表明,即使在亲缘关系较远的物种中,也出现了“不约而同”地选择分散贮藏的鼠类,这表明分散贮藏行为是经过多次独立进化而来的。严川提到,多次独立进化可能是因为“趋同进化”,即使是亲缘关系比较远的物种,也会因为生活环境的相似,进化出一些相同的行为性状或特征。

“除了演化历史之外,我们还想知道,怎样的生态学特征促使了鼠类对这两种不同贮藏行为的选择。”严川说道。对此,团队选取相对脑容量、食性、体重和分布纬度这四个自变量进行研究。结果表明,相对脑容量较大、杂食性的鼠类倾向于分散贮藏种子,纬度分布较高的鼠类倾向于集中贮藏,而体重大小与贮藏行为的总体关系并不显著。这项研究首次发现了鼠类食物类型和贮藏行为之间的相关性,但该结果尚未有实验数据支撑。团队讨论认为,可能杂食性鼠类的食物来源范围大,集中贮藏不利于食物的“快速占有”,全部搬回巢穴反而增加了它的“工作量”,增加了时间成本,“它们可以就地贮藏,这样更能帮助它们获得更多的食物。”

“科研是一个不断修正的过程。”严川提到,“我们原本的一个假设并未被我们的数据所证实。”对于体重这一自变量,团队最初的假设是体重越大,竞争和防御盗窃的能力越强,越倾向于集中贮藏,“集中贮藏的食物更容易引来其他动物的盗取行为,我们一开始觉得体重大的可能会倾向于集中贮藏”。经过分析,他们没有验证这个结论。但团队并没有到此为止,通过进一步细致分析,团队发现这个猜想在少部分类群中适用,“在鼠类这个大群体中,体重的假设没有得到验证,但是在个别小类群中也有所体现。”

那么,鼠类的贮藏行为是确定的吗?是否采取集中贮藏策略的鼠类就不会进行分散贮藏?

面对这个问题,严川提到并非如此。实际上,鼠类对于两种不同贮藏行为的选择是一种倾向性问题,并不是某一种鼠类一定只选择一种行为。“分散”和“集中”两种贮藏行为是在一条连续行为谱的两端,其中集中贮藏为0%,分散贮藏为100%。“两种行为策略鼠类都可能采取,只不过是谁多谁少的问题”。比如,某种鼠类有“80%”的概率倾向于分散贮藏种子,这个“80%”就是贮藏行为的连续型数据。团队从所有数据中心整理提取了一些鼠类的贮藏行为连续型数据,将这些数据纳入分析后,进一步证明了上述关于相对脑容量和杂食性特征的结论。

“厘清生态互作网络是我们的终极目标”

在严川团队的研究中,鼠类种子贮藏行为不再是单纯地破坏人类生产生活的行为,而是生态系统中的重要一环,是自然界植物种子扩散的途径之一,“我们对任何物种的研究从来都不单纯以利害作为切入点,而是想要深入了解本质,了解它们与其他物种的关系,以及在整个生态系统中的角色。”植物种子从母树上掉下来之后,需要和母树竞争阳光、水等资源,是很难在母树周边萌发成苗的。而鼠类将其带到远离母树的地方,藏在比较浅的土层里或枯叶下,“如果它忘记自己分散贮藏的种子,不去食用,再加上适宜的生长环境,反而会促进种子的萌发。”严川说道。这时,鼠类和植物之间的关系就由捕食对抗关系转向互惠关系。

事实上,鼠类和植物之间的互作关系是自然生态群落中一个重要的功能团。“这项研究是我们后续研究的一个前期工作,我们的最终目的是描述清楚鼠类与其他动植物的整个生态互作网络。”严川说道。在整个生态系统中,动物与植物、植物与植物、动物与动物等,每对物种之间都有可能形成一种关系,当关系越来越多时,生态系统就好比“一个巨大的网络”。

谈及生物多样性与生态学研究,严川谈到,保护生物多样性不只需要了解生物的种类与数量,还需要厘清每一物种的功能和相互作用,“只有把这个网络中的每一条连接搞清楚了,我们才能看清这个网络的运转,才能明白如果某一物种消失或增加会发生什么。”保护工作也并不是单纯地处理动植物问题,而是处理动植物和人的关系问题。

生态互作网络是对自然界更加真实的一种描述,“厘清这一网络还有很长的路要走。”张永俊说道。

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文:孔子俊,李芸萱
图:
视频:
编辑:刘烜均
责任编辑:彭倩

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