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科研進展

商業采挖影響高山植物的僞裝色彩進化

文章来源:中國科學院东亚植物多样性与生物地理学重点实验室  |  发布时间:2020-11-21  |  作者:牛洋  |  浏览次数:  |  【打印】 【關閉

 

  人類活動已經對自然造成了重大影響,重大到許多科學家投票贊成將這個時代劃分爲一個新的地質時代——人類世(Anthropocene)。桦尺蛾的體色便是教科書式的案例:潮濕的英國,樹林裏到處覆蓋著灰白色的地衣,灰白色型的桦尺蛾個體在這樣的環境中僞裝很好,因此數量比深色型的個體更多。但工業革命時期,它們棲息的環境被黑色的煙塵遮蓋,深色的個體因而獲得了更好的僞裝,數量逆轉。 

  如果說人類對環境的改變只是間接影響了生物的進化,那麽捕獵/采挖活动则可以产生非常直接且快速的影响,其产生的选择压力远超其他自然力量。例如,在捕鱼过程中,渔网会对鱼的大小做筛选,比网眼小的鱼更容易幸存。长此以往,鱼就越来越小,且繁殖年龄也越来越小(只有那些在体型较小时就能繁殖的鱼才有更多后代)。与之类似,很多野生植物因具有经济价值而受到人类关注,遭到严重采挖,但这一过程引发的潜在进化影响却极少受到关注。最近,中國科學院昆明植物研究所与英国埃克塞特大学的科研人员合作探讨了这一问题。 

  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現,該物種的不同群體具有顯著的體色差異。在某些群體中,呈現比較“正常”的綠色,而在另一些群體中,它們則與背景融爲一體,非常隱蔽(圖1)。研究者首先推測,這種僞裝可能是在應對食草動物的防禦策略。但與其他在該區域發現的僞裝植物不同,經過長期多地觀察,他們沒有觀察到動物取食梭砂貝母的明顯痕迹。由于體內富含生物堿,貝母屬植物具有很強的化學防禦,在一定程度上抵禦了動物取食。而後,研究者意識到,梭砂貝母作爲我國傳統藥用植物“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産生強烈的選擇壓力。 

 

1. 不同群體的梭砂貝母體色變化 

  爲研究貝母的色彩,研究者首先獲得了每個群體的反射光譜數據,根據CIELAB色觉模型(该模型专为人类色觉设计)计算,发现梭砂贝母的体色的确在群体之间差异显著(圖2)。利用該模型,研究者還計算了貝母與岩石背景的匹配程度,作爲衡量僞裝程度的指標。 

  爲了評估每個群體遭受的采挖強度,研究者從當地基層藥商處獲得了過去六年的梭砂貝母采收量(以幹重統計),並估計了每個群體單粒貝母鱗莖的幹重。他們發現,獲得一公斤幹燥鱗莖,意味著超過3,000株貝母被采挖,這是相當強的選擇壓力。再通過樣方統計和分布面積評估獲得的潛在貝母産量,研究者獲得了每個群體的采挖強度。他們發現,采集強度越大的地方,貝母僞裝越好。 

  考慮到采挖壓力可能在較長曆史內有變化,研究者還評估了僞裝程度與采挖難度的關系。采挖難度與當地流石灘基質岩石的大小和結構有關,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。結果表明,越是容易采集的群體,其僞裝越好。 

 

2. A群體間的體色變異(CIELAB色彩空間)B采挖強度(橫坐標)與僞裝程度(縱坐標)的關系 C采挖難度(橫坐標)與僞裝程度(縱坐標)的關系 D 貝母目標顯著度與玩家搜尋時間的關系(紅色爲三色視覺結果,藍色爲二色視覺結果) 

  此外,为了评估贝母的伪装效果并检验人类通过视觉的选择过程,研究者编写了一款名为“找贝母”的网络游戏(圖3),用以收集与色觉相关的数据。玩家首先被告知需要寻找的贝母长什么样,接着可以选择当人类(三色视觉)还是牦牛(二色视觉),而后需要在最短时间内从依次出现的每幅圖片中找到目标。研究者采用一个整合的目标显著度参数衡量每幅圖片上贝母的显著程度,后台程序会记录玩家在每张圖片上的耗时(霰弹枪式的随机胡乱点击将不会被计入最终统计,不要作弊哦)。一年多时间里,来自全球的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,成績爲0.9133秒)。結果表明,僞裝更好(顯著度更低)的貝母的確更難被找到。並且,擁有三色視覺的人類搜尋目標的速度要比二色視覺的動物(模擬獲得)更快。 

 

3. 公衆參與的在線視覺遊戲“找貝母” 

  以上結果表明,人類的采挖活動很可能驅動了僞裝在梭砂貝母中的進化。采挖者並不在意貝母的色彩,但他們的搜尋和采挖過程卻影響了植物的色彩進化。這一例子暗示,人類活動正在以自己都無法預見的方式影響野生生物的進化。 

  雖然梭砂貝母已足夠“聰明”,但研究者推測,在利益的驅使下,再高明的僞裝也躲不過人類的高強度搜索。如今,許多群體的貝母已經越來越少見。研究者在此呼籲大家,求助現代醫學,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”爲題在國際生物學領域頂級期刊Current Biology在線發表。牛洋博士爲論文第一作者,Martin Stevens教授和孙航研究员为通讯作者。该研究得到中國科學院青藏高原二次科考、战略性先导科技专项、国家自然科学基金、中科院青促会、云南省科技厅及中国科技厅项目的资助。 

    找貝母遊戲鏈接(建議在較大屏幕上嘗試)

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