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科研進(jìn)展
商業(yè)采挖影響高山植物的偽裝色彩進(jìn)化 文章來源:中國科學(xué)院東亞植物多樣性與生物地理學(xué)重點(diǎn)實驗室 | 發(fā)布時間:2020-11-21 | 作者:牛洋 | 瀏覽次數(shù): | 【打印】 【關(guān)閉】 人類活動已經(jīng)對自然造成了重大影響,重大到許多科學(xué)家投票贊成將這個時代劃分為一個新的地質(zhì)時代——人類世(Anthropocene)。樺尺蛾的體色便是教科書式的案例:潮濕的英國,樹林里到處覆蓋著灰白色的地衣,灰白色型的樺尺蛾個體在這樣的環(huán)境中偽裝很好,因此數(shù)量比深色型的個體更多。但工業(yè)革命時期,它們棲息的環(huán)境被黑色的煙塵遮蓋,深色的個體因而獲得了更好的偽裝,數(shù)量逆轉(zhuǎn)。 如果說人類對環(huán)境的改變只是間接影響了生物的進(jìn)化,那么捕獵/采挖活動則可以產(chǎn)生非常直接且快速的影響,其產(chǎn)生的選擇壓力遠(yuǎn)超其他自然力量。例如,在捕魚過程中,漁網(wǎng)會對魚的大小做篩選,比網(wǎng)眼小的魚更容易幸存。長此以往,魚就越來越小,且繁殖年齡也越來越?。ㄖ挥心切┰隗w型較小時就能繁殖的魚才有更多后代)。與之類似,很多野生植物因具有經(jīng)濟(jì)價值而受到人類關(guān)注,遭到嚴(yán)重采挖,但這一過程引發(fā)的潛在進(jìn)化影響卻極少受到關(guān)注。最近,中國科學(xué)院昆明植物研究所與英國埃克塞特大學(xué)的科研人員合作探討了這一問題。 梭砂貝母是生長在我國西南高山流石灘上的一種貝母屬植物。昆明植物研究所高山植物多樣性研究組的研究人員在前期研究中發(fā)現(xiàn),該物種的不同群體具有顯著的體色差異。在某些群體中,呈現(xiàn)比較“正常”的綠色,而在另一些群體中,它們則與背景融為一體,非常隱蔽(圖1)。研究者首先推測,這種偽裝可能是在應(yīng)對食草動物的防御策略。但與其他在該區(qū)域發(fā)現(xiàn)的偽裝植物不同,經(jīng)過長期多地觀察,他們沒有觀察到動物取食梭砂貝母的明顯痕跡。由于體內(nèi)富含生物堿,貝母屬植物具有很強(qiáng)的化學(xué)防御,在一定程度上抵御了動物取食。而后,研究者意識到,梭砂貝母作為我國傳統(tǒng)藥用植物“川貝”的重要來源,其地下鱗莖長期遭到大量采挖,而這種采挖本身就有可能產(chǎn)生強(qiáng)烈的選擇壓力。
圖1. 不同群體的梭砂貝母體色變化 為研究貝母的色彩,研究者首先獲得了每個群體的反射光譜數(shù)據(jù),根據(jù)CIELAB色覺模型(該模型專為人類色覺設(shè)計)計算,發(fā)現(xiàn)梭砂貝母的體色的確在群體之間差異顯著(圖2)。利用該模型,研究者還計算了貝母與巖石背景的匹配程度,作為衡量偽裝程度的指標(biāo)。 為了評估每個群體遭受的采挖強(qiáng)度,研究者從當(dāng)?shù)鼗鶎铀幧烫帿@得了過去六年的梭砂貝母采收量(以干重統(tǒng)計),并估計了每個群體單粒貝母鱗莖的干重。他們發(fā)現(xiàn),獲得一公斤干燥鱗莖,意味著超過3,000株貝母被采挖,這是相當(dāng)強(qiáng)的選擇壓力。再通過樣方統(tǒng)計和分布面積評估獲得的潛在貝母產(chǎn)量,研究者獲得了每個群體的采挖強(qiáng)度。他們發(fā)現(xiàn),采集強(qiáng)度越大的地方,貝母偽裝越好。 考慮到采挖壓力可能在較長歷史內(nèi)有變化,研究者還評估了偽裝程度與采挖難度的關(guān)系。采挖難度與當(dāng)?shù)亓魇癁┗|(zhì)巖石的大小和結(jié)構(gòu)有關(guān),鱗莖埋藏較深的群體采挖難度大,耗時長,因而遭受的采挖壓力較小。結(jié)果表明,越是容易采集的群體,其偽裝越好。
圖2. A群體間的體色變異(CIELAB色彩空間)B采挖強(qiáng)度(橫坐標(biāo))與偽裝程度(縱坐標(biāo))的關(guān)系 C采挖難度(橫坐標(biāo))與偽裝程度(縱坐標(biāo))的關(guān)系 D 貝母目標(biāo)顯著度與玩家搜尋時間的關(guān)系(紅色為三色視覺結(jié)果,藍(lán)色為二色視覺結(jié)果) 此外,為了評估貝母的偽裝效果并檢驗人類通過視覺的選擇過程,研究者編寫了一款名為“找貝母”的網(wǎng)絡(luò)游戲(圖3),用以收集與色覺相關(guān)的數(shù)據(jù)。玩家首先被告知需要尋找的貝母長什么樣,接著可以選擇當(dāng)人類(三色視覺)還是牦牛(二色視覺),而后需要在最短時間內(nèi)從依次出現(xiàn)的每幅圖片中找到目標(biāo)。研究者采用一個整合的目標(biāo)顯著度參數(shù)衡量每幅圖片上貝母的顯著程度,后臺程序會記錄玩家在每張圖片上的耗時(霰彈槍式的隨機(jī)胡亂點(diǎn)擊將不會被計入最終統(tǒng)計,不要作弊哦)。一年多時間里,來自全球的500多名玩家參與了這項實驗(目前的記錄由名叫Matze的一名玩家保持,成績?yōu)?span style="font-size: 12pt">0.9133秒)。結(jié)果表明,偽裝更好(顯著度更低)的貝母的確更難被找到。并且,擁有三色視覺的人類搜尋目標(biāo)的速度要比二色視覺的動物(模擬獲得)更快。
圖3. 公眾參與的在線視覺游戲“找貝母” 以上結(jié)果表明,人類的采挖活動很可能驅(qū)動了偽裝在梭砂貝母中的進(jìn)化。采挖者并不在意貝母的色彩,但他們的搜尋和采挖過程卻影響了植物的色彩進(jìn)化。這一例子暗示,人類活動正在以自己都無法預(yù)見的方式影響野生生物的進(jìn)化。 雖然梭砂貝母已足夠“聰明”,但研究者推測,在利益的驅(qū)使下,再高明的偽裝也躲不過人類的高強(qiáng)度搜索。如今,許多群體的貝母已經(jīng)越來越少見。研究者在此呼吁大家,求助現(xiàn)代醫(yī)學(xué),減少對野生生物資源的過度采集。 研究成果以“Commercial harvesting has driven the evolution of camouflage in an alpine plant”為題在國際生物學(xué)領(lǐng)域頂級期刊Current Biology在線發(fā)表。牛洋博士為論文第一作者,Martin Stevens教授和孫航研究員為通訊作者。該研究得到中國科學(xué)院青藏高原二次科考、戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項、國家自然科學(xué)基金、中科院青促會、云南省科技廳及中國科技廳項目的資助。 找貝母游戲鏈接(建議在較大屏幕上嘗試) |
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