2021年6月18日,我校生物科学专业2011届毕业生,中国科学院昆明动物研究所刘奇博士以共同第一作者身份在《Science》杂志在线发表题为“Echolocation in soft-furred tree mice”(新的回声定位哺乳动物类群——猪尾鼠属)的研究论文。
该研究通过整合动物行为学、解剖学、基因组学、以及基因功能实验等多个独立的证据,首次证实了啮齿目猪尾鼠属(Typhlomys)的物种具有回声定位能力,这一新的具回声定位功能的哺乳动物类群的发现,使得适应性复杂性状回声定位独立起源和演化的次数提高到了至少6次,成为了自然界中性状趋同演化的典型案例。
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。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。在该研究中,首次以啮齿目猪尾鼠属物种作为研究对象。动物行为学实验表明,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;动物解剖学证据表明,在发声与听觉骨骼结构上,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;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。
综合以上实验证据,该研究表明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,提示着人们可能低估了适应性复杂表型的生物多样性。另外,与之前发现的回声定位动物不同,猪尾鼠与实验室小鼠亲缘关系较近,且适应不同环境的能力较强,因此,有望实现该类群的实验室饲养繁殖和转基因操作。这项研究不仅提示着对适应性复杂表型生物多样性的低估,而且为系统深入研究复杂性状回声定位的行为、生理、分子和演化机制奠定了重要的基础。同时,对于推动我国特有物种保护生物学研究工作具有重要作用。
刘奇,是我校生物与食品工程学院生物科学专业2011届毕业生。在校学习阶段,担任学生社团“BIO科博学会”会长,积极参与“动物学实训中心”各项实践活动,实践经历丰富。对动物生态学和保护生物研究有浓厚兴趣,参加机场鸟情调研等科研工作,在校期间就发表学术论文1篇。动手能力突出,所制作生物标本在安徽省大学生生物标本制作大赛上多次获得省级一等奖。(撰稿:李永民,图片:李永民,学院审核:刘勇)