-传奇写在祖国大地上——走进中国科学院动物生态与保护生物学重点实验室
作者:李晨阳
发布时间:2020-08-25
浏览次数:1369
-传奇写在祖国大地上——走进中国科学院动物生态与保护生物学重点实验室

刘宣调查牛蛙入侵栖息地状况

魏辅文院士在秦岭进行野外工作

周旭明团队在云南普洱观音洞进行蝙蝠生物学背景研究

周旭明研究组在云南进行蝙蝠物种多样性野外科考

工作人员在三江源国家公园攀岩查巢

研究人员在三江源国家公园给猛禽戴上环志

  长江、黄河、澜沧江——三条大江滚滚东去。而它们共同的家园,正守望在青藏高原的西南腹地。

  这就是三江源——中国第一个国家公园即将在这里成立。

  上世纪50年代,中国科学院动物研究所(以下简称动物研究所)的科学家开始了三江源地区的科学考察。进入新时代,动物研究所和三江源国家公园管理局深度合作,他们将共同编制三江源野生动物未来的保护规划。

  “好的科学故事一定在大自然里!”动物研究所主持工作的副所长詹祥江研究员说。他们迫不及待地,要把自己在实验室里练就的一身本事,放到祖国西部的广阔天地里去接受锤炼,去书写传奇……

  传奇写在高原

  多年来,三江源地区鼠兔泛滥成灾,政府斥巨资消灭鼠兔。最初采用的方式是播撒农药,不仅污染环境、破坏中下游水质,也会误伤狼、狐狸等猎捕鼠兔的食肉动物。后来人们开发出了无二次毒害的生物防鼠药,但这同样会造成食物链的断裂。

  詹祥江团队带着一样“宝贝”来了。

  这是一个申请了专利的人工猛禽巢箱。一巢可以两用——下面带盖的部分适合猎隼等居住,上面开放的部分可供大鵟等居住。

  “三江源的猛禽喜欢在裸崖上筑巢。但是近来鼠兔种群猛增,猛禽尽管有充沛的食物,却没有足够的自然巢可以利用。猛禽急了,在高压电线杆、路边广告牌上做窝时有发生。”詹祥江说,“正是在这种背景下,我们和位于黄河源头的玛多县政府一起在当地建了700多个人工巢,目前40%以上都有猛禽使用,可以说是相当受欢迎了。”

  不过,在“世界屋脊”给鹰隼搭巢并非易事。要避开繁殖季、冰冻期,每年可开工的时间只有9月前后。一根杆子8米高,在氧气稀薄的高原上,至少要10个精干小伙合作才能竖起来。算上人工和运输费,一个巢的成本超过5000元。

  刚开始,当地百姓不理解这些外来人。慢慢地,看到猛禽在人工巢里安家繁衍,看到猛禽捕食鼠兔保护了草原,老百姓打心底欢迎他们的到来。

  “出于宗教意识和文化传统,当地人并不喜欢直接去打扰野生动物,而猛禽捕食这种原生态的灭鼠兔方式,与当地人的信仰达成了高度的契合。”詹祥江说。在当地百姓的认可和欢迎下,他们以三江源国家公园管理局为基地,把科普工作真正做到了高原上:让藏族小朋友知道家乡有多少宝贵资源,培养他们成长为小小“生态管护员”。

  詹祥江团队的主要研究对象就是猎隼。这种被阿拉伯贵族视若珍宝、千金难求的鸟类,在科学家眼里,是生态链上的顶级环节,是亟待保护的濒危物种,更是蕴藏着许多科学秘密的神奇生灵。

  “尽管一些中东国家把猎隼视作国宝,但猎隼最大的遗传资源库却在中国。”詹祥江等人曾远赴蒙古,给猎隼背上卫星定位追踪器,一路追寻,证实蒙古的大部分猎隼都会在冬天飞上青藏高原,在这里组成世界上最大的越冬种群。

  青藏高原和蒙古的自然环境有诸多不同,海拔高度更是差异悬殊。长期生存在青藏高原的猎隼,都天生具有耐受低温和低氧的生理机制。蒙古来的猎隼没有这些先天优势,却又要在这样的高寒之地度过冬天——它们的小身板受得了吗?

  “有个专业名词叫‘高原习服’——普通人来到高原一段时间后,会暂时性地发展出对缺氧环境的适应能力。但离开高原后,这种能力会逐渐消失。”詹祥江说,“蒙古的猎隼也表现出这种特性。”

  如果说追踪猎隼的迁徙路径,靠的是宏观的生态学方法,那么探究猎隼的习服机制,就要用到微观的生物学技术。利用分子生物学、遗传学、生理学和生物化学等精细的实验手段,他们初步阐明了猎隼适应高寒缺氧环境的内在机制。

  宏观方法和微观技术的融合,是中国科学院动物生态与保护生物学重点实验室(以下简称“动物生态与保护生物学重点实验室”)的一大特色,也是他们一直以来孜孜以求的目标。

  传奇写在历史

  在动物研究所,动物生态与保护生物学重点实验室是历史最悠久的实验室之一,可以追溯到1962年创建的动物生态学研究室。

  寿振黄、夏武平、朱靖……在这个实验室的名单上,涌现过许多熠熠生辉的名字;开辟中国兽类学、动物生态学和保护生物学等研究领域,开展大熊猫、朱鹮、金丝猴、普氏原羚等濒危物种的研究和保护……在这个实验室的历史中,也书写过许多辉煌传奇的故事。

  然而,随着整个生命科学领域的迅猛发展,传统的宏观动物生态学日渐式微,过去那种靠着两只眼睛两条腿打天下的研究方法,在各种高端仪器、先进技术的夹击下,越来越显现出局限性。

  “生命科学从宏观走向微观,就是从现象走向本质。”中国科学院院士、动物研究所研究员魏辅文说,“过去我们在自然界中观察到许许多多现象,现在则需要我们走进实验室,去探究这些现象背后的机制。”

  2006年,也就是动物生态与保护生物学重点实验室成立前的筹备时期,实验室的人员和资金都处于一个并不丰沛的阶段。大家已经意识到微观研究方法是大势所趋,几名研究人员每人凑了5万元,建立起一个微观仪器设备基本完备的公共实验室。

  “这是我们实验室发展的一个重要转折点,大家真正团结在一起,开始从宏观研究向微观研究迈进。”魏辅文说。

  当数十年的野外科考和宏观生态学传统优势遇上风头正劲的微观生物学技术,催生出一系列过去想都想不到的成果。以魏辅文课题组为例,他们率先将种群基因组学、宏基因组学、比较基因组学等新技术引入到大熊猫研究中,描绘了大熊猫种群在800万年间的历史变迁,揭开了大熊猫从吃肉到吃素的适应性演化之谜,阐明了栖息地破碎化威胁大熊猫种群的内在机制,为“国宝”大熊猫的保护事业提供了有力的科学支持和理论依据。

  传奇写在世界

  这个实验室的工作,总有一种“大气”。

  2020年6月,发表于《自然—通讯》的一篇论文揭示了全球自然保护区面对外来入侵动物时的现状和挑战。研究覆盖了全球19万个陆地自然保护区,分析了11个类群共计894种外来动物。结果显示,保护区抵御了部分外来动物的入侵,然而近九成保护区周边地带已出现外来动物的自我繁殖种群,对保护区构成了严重威胁。保护区建立越早,防控外来物种的效果越好;当地物种多样性越高,保护区抵抗外来动物的能力越强。

  这份全景扫描式的研究结果,为制定全球自然保护区的生物安全对策提供了重要的科学基础。

  “保护生物学是一门应对危机的学科。”上述研究的第一作者及共同通讯作者、动物研究所副研究员刘宣说,“国家现在把生态安全和生物安全摆在极其重要的位置上,这正适合我们实验室发挥战略支撑作用。”

  在刘宣看来,只有真正走进野外、走进自然,才能找到科学研究的灵感,才能对真实世界的危机保持必要的敏感和警觉。从在动物研究所攻读博士起,刘宣一直开展入侵生态学和两栖动物保护研究,常常于夜间开展水体调查。

  傍晚的湖畔河边,处处是蛙声一片,刘宣却无心陶醉——这主要来自原产北美洲的牛蛙的“合唱”实在太齐整了。这种牛蛙一口下去,可以吃掉三四只本土蛙,还会传播两栖动物壶菌病,可谓外来物种中的“大杀器”。

  “当地人回忆,以前这里的蛙类丰富多样。但这几年牛蛙来了,其他蛙类大幅减少。”刘宣感到急切和痛心。自然保护区被誉为全球生物多样性保育的基石,野外调查过程中,刘宣发现保护区管理者普遍具有防控外来物种的强烈意愿,但即使这样,很多外来物种仍然会见缝插针,扩张入侵范围。“我一直在思考,如果连保护区都有外来物种,那全球的物种入侵已经严重到什么程度了呢?”

  在刘宣等人的科研之路上,这些来自大自然的警钟既是鞭策,也激励他们为绿水青山一路奋斗下去。

  构建全亚洲最大的国家动物标本资源库,沿“一带一路”追寻物种交流迁移的轨迹,研究全球气候变化对地球物种进化的影响……无论拥抱微观技术,还是坚持宏观视野,动物生态与保护生物学重点实验室的研究宗旨之一,就是把论文写在祖国大地上,也写在全世界更广阔的天地间。

  传奇写在未来

  今年起,动物研究所布局了抗疫攻关科技专班。由动物研究所研究员杜卫国、周旭明等牵头,联合所内外相关研究背景的课题组,开展疫源动物研究。疫情期间,周旭明团队开赴河北、云南、安徽等地,开展蝙蝠资源调查及相关数据收集工作,摸清蝙蝠的种类和分布。

  “早在2018年,我们就在酝酿相关工作了。”周旭明说,“因为要真正实现预测和防治人畜共患病,光靠研究病毒的微观特性是不够的,要主动出击,到大自然中去寻找线索。”

  疫源野生动物的分布、行为、迁徙路线,以及与家养动物的距离和接触,都对传染病的暴发和传播影响重大。但长期以来,对疫源动物生物学背景的研究一直没有得到应有的重视。

  疫源动物专班刚成立,就吸引了一些研究病原微生物和SARS的团队前来合作——“我们需要你们帮忙研究蝙蝠”。而一些研究免疫问题和药物研发的团队,也借助动物生态与保护生物学重点实验室的国内最丰富的蝙蝠细胞库,做出了很有影响力的成果。

  “病毒无法预测,但我们有可能预测新发传染病热点地区。”周旭明说,“疫源动物研究需要全国统一布局,也需要动物学、生态学、微生物学乃至生理学、信息学等诸多学科的共同发力。”他们正在多方呼吁,开启以疫源动物为中心的科技项目,创建疫源动物融合科学,以在未来的传染病遭遇战中把握先机。

  “经过今年的疫情大考,我们意识到,在建立国家生态安全与生物安全防控体系的重任中,动物生态与保护生物学重点实验室是一支不可或缺的重要力量。”詹祥江说,“我相信,实验室将续写传奇与辉煌!”

  谁说宏观研究不“高级”?

  2019年元旦刚过,一群虎皮鹦鹉的故事在网上刷了屏。

  在专为适龄鹦鹉打造的“非诚勿扰”舞台上,鹦鹉小姐很快选出了更符合潮流审美的“高富帅”鹦鹉小伙。就在落选的鹦鹉小伙暗自神伤时,科学家却悄悄伸出援手,给它们开起了小灶。

  为期一周的“特训”开始了。先训练鹦鹉从一只培养皿中取食,只要掀开盖子就能拿到食物。等鹦鹉熟练掌握后,培训升级,换成经过特殊设计的食盒,需要揭开盖子、打开门、拉出抽屉才能吃到东西。

  一周之后,所有接受培训的鹦鹉都熟练掌握了从食盒中取食的本领——不愧是鸟类中的智力担当。

  “留学”归来的鹦鹉小伙重返爱情竞技场。这一次,在它们和上次胜出的“高富帅”面前,都摆上了经过设计的食盒。鹦鹉小姐左看右看:接受过“高等教育”的鹦鹉小伙有条不紊地打开了食盒,手法纯熟、姿态优雅。反观另一边,曾经凭外表备受青睐的“高富帅”,却显得笨手笨脚,无可奈何。

  毫无悬念,“高学历”鹦鹉小伙凭借一技傍身,赢得了美人心。

  雌性动物喜欢聪明能干的异性——这个简单直白的结论,经由设计精巧的实验娓娓道来,展现出强烈的科学魅力。这项研究不仅被《科学》杂志接收,还收获了美国加利福尼亚大学教授Striedter的高度评价:“这种研究方法在推进认知水平与择偶行为的研究方面,具有相当大的前景。”

  “我们起初并没有想着要发《科学》,更关注的是科学问题本身。”论文通讯作者、中国科学院动物研究所研究员孙悦华说。

  在生命科学领域,不涉及分子机理的宏观行为生态学研究,通常很难问鼎顶级期刊。“大家一说起宏观生物学,就是研究周期长、不好发文章,好不容易发一篇,影响因子还不高。”孙悦华半打趣半认真地说。

  但在以传统生态学起家的中国科学院动物生态与保护生物学重点实验室,宏观研究是不容放弃的基石。要把这块基石打得更加牢固,就要继续产出像“鹦鹉择偶记”这样的原创性宏观研究成果,让宏观生物学的研究工作得到应有的认可。

  “宏观研究,特别是宏观生态学研究,风里来雨里去,非常辛苦。能来动物所做这些工作的科研人员,都怀抱着一腔热忱。”中国科学院动物研究所主持工作的副所长詹祥江研究员说,“但我们作为领导,不能光讲情怀。宏观领域人才培养和评价体系的问题,将是实验室今年改革计划的重中之重。”

  宏观生物学放眼四方,微观生物学鞭辟入里——二者原无高下之分。中国科学院动物生态与保护生物学重点实验室正在同时打磨两把宝剑,期待未来双剑合璧,炫目出鞘。(李晨阳)

  中国科学院动物生态与保护生物学重点实验室简介

  中国科学院动物生态与保护生物学重点实验室,依托单位为中国科学院动物研究所。其前身是由著名动物生态学家寿振黄教授和夏武平教授在1962年创建的我国第一个动物生态学研究室,对我国兽类学的发展作出了重要贡献。2004年根据动物所新时期发展战略,与保护生物学研究室合并成立动物生态与保护生物学研究中心。2006年11月,经中国科学院批准,中国科学院动物生态与保护生物学重点实验室正式成立运行。

  实验室面向国家生态文明建设和生态安全的战略需求,致力于动物生态与物种保护的重大科学问题研究。以野生动物为主要研究对象,围绕濒危动物保护生物学、动物生态与进化、野生动物疫源疫病与生态安全三个重要研究方向,着重阐明全球变化背景下动物的响应和适应策略,揭示动物濒危与疫源疫病传播的生态学和遗传学机制,发展前瞻性的野生动物保护对策与关键性技术,为我国生物多样性保护、国家公园建设、生态安全、生物安全等战略提供理论依据与技术支撑,将实验室建设成为动物生态学与保护生物学领域的国家级“智库”。

  (原载于《中国科学报》 2020-08-18 第4版 聚焦)



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