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第二次青藏科考发现新的回声定位动物类群——猪尾鼠

文章来源 :
2021-12-27 17:21

回声定位(Echolocation)是指动物通过发出声波和接收回声来获得空间环境信息,进而实现目标定位、躲避障碍物、导航、觅食等活动的一种定向行为。回声定位,作为一种特殊的感觉系统,能够帮助动物在视觉无效或低效的环境下提高生存适合度,因此是动物的一种适应性的复杂性状。

自1942年通过严格的实验方法首次证实蝙蝠具有回声定位行为以来,研究人员又陆续在鸟类、齿鲸、鼩鼱、马岛猬等动物类群中发现具有回声定位的能力的物种。由此可见,回声定位在动物中呈现多次、独立的起源和演化模式。在过去的几十年中,研究人员从动物生态、生理、分子遗传等不同方面,对回声定位机制进行了广泛的探索,但至今对这个问题还知之甚少,整个领域的研究遇到了极大的瓶颈。这主要是因为这些野生动物受限于动物饲养、体型以及研究手段等难题,很难在现有的回声定位物种上开展更精细、深入的研究。因此,新的回声定位动物类群的发现将为突破目前的瓶颈提供可能。

“生物多样性保护与可持续利用”任务“高原动物多样性保护和可持续利用”专题中国科学院昆明动物研究所研究团队通过整合行为学、解剖学、基因组学、以及基因功能实验多个独立的证据,证实了啮齿目猪尾鼠属(Typhlomys)的物种具有的回声定位能力(图1,2),猪尾鼠是一个全新的、独立演化出回声定位适应性性状的哺乳动物类群。

在该研究中,研究人员以啮齿目猪尾鼠属物种作为研究对象。行为实验表明,在黑暗环境中猪尾鼠可以利用超声波和听觉实现目标定位和避开障碍物。在发声与听觉骨骼结构上,发现猪尾鼠茎舌骨与鼓骨的空间位置接触并融合,这与通过喉部发声的回声定位动物的结构是一致的。此外,通过进化基因组学分析发现,猪尾鼠的回声定位是独立起源的。在全基因组范围内,猪尾鼠与已知的回声定位物种(蝙蝠和齿鲸)在听觉基因上显著的富集趋同基因,其中包含被广泛研究的回声定位相关基因prestin。进一步通过基因功能实验证实猪尾鼠prestin与回声定位物种存在功能趋同。而且,Prestin基因功能趋同是由回声定位物种共享的氨基酸突变所驱动。


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图1 多个实验证据证实猪尾鼠物种的回声定位行为


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图2 中华猪尾鼠(Typhlomys cinereus),供图:刘奇,马晓峰


该研究于2021年6月18日以“Echolocation in soft-furred tree mice”为题在期刊《Science》上在线发表。

原文链接:https://science.sciencemag.org/content/372/6548/eaay1513