青海新聞網(wǎng)·大美青海客戶端訊 三萬多年前(化石推測時間),一群獵隼從非洲向東擴散,約2.1萬年前,正值末次盛冰期,矛隼從北極向南遷移,獵隼與矛隼在西伯利亞南部相遇并發(fā)生雜交,此后向青藏高原地區(qū)拓殖。至此,才有了青藏高原上的第一只獵隼。
這種起源三萬多年前非洲祖先的鳥類,如何翻山越嶺拓殖到青藏高原?它們又是如何快速地適應(yīng)高原低氧、低溫、強紫外線等極端氣候環(huán)境?這些謎題始終未有解答。
7月15日,記者走進中國科學(xué)院動物研究所黃河源野生動物保護研究示范站,胡莉博士為我們答疑解惑,解釋了青藏高原獵隼的“前世今生”。
胡莉所在的示范站是中國科學(xué)院動物研究所詹祥江研究團隊建立的野外研究站,為什么要在三江源國家公園黃河源園區(qū)開展獵隼研究,胡莉認為這或許是出于一種家國情懷。
“獵隼廣泛分布于亞歐大陸中部和北非地區(qū),然而,在全球尺度下,在青藏高原分布的獵隼卻缺少詳細的本底信息,有關(guān)青藏高原獵隼的科學(xué)研究也幾近空白。這對于長期研究獵隼的科學(xué)家而言是很難接受的。因此,2014年,通過國家高層次人才引進回國后,詹祥江研究員帶領(lǐng)他的研究團隊開啟了對瀕危物種獵隼的高原野外種群的研究工作。”
三江源地區(qū)有著開闊的草原,鼠兔等食物資源豐富,是獵隼、大鵟等猛禽的適宜棲息地,也是開展猛禽調(diào)查和科研工作的理想之地,敹嗫h素有黃河源頭第一縣之稱,將科研站設(shè)在此處,可以就地評估猛禽保護的成效,便于開展深入的保護生物學(xué)研究。通過對瑪多縣為代表性的地域?qū)嵤┟颓菥偷乇Wo,對整個青藏高原地區(qū)猛禽的保護都具有示范意義。
因此,2014年,研究團隊與三江源國家級自然保護區(qū)(現(xiàn)三江源國家公園)合作,在瑪多縣設(shè)立中國科學(xué)院動物研究所黃河源野生動物保護研究示范站,并首次將分子生物學(xué)實驗室搬上野外高原。
高原獵隼的研究首先從尋找大自然中獵隼的野生巢開始,研究團隊原本以為這項工作會很簡單,而結(jié)果卻出乎意料的難。
“早在2011年,我的導(dǎo)師帶領(lǐng)團隊成員在高原無人區(qū)進行科學(xué)考察,連續(xù)搜尋了七天、途經(jīng)上千公里之后,才在瑪多縣花石峽鎮(zhèn)周邊發(fā)現(xiàn)獵隼的第一個自然巢。”胡莉說,發(fā)現(xiàn)第一個自然巢后,緊接著就有第二個、第三個、第四個……這些自然巢的發(fā)現(xiàn),對于接下來的科學(xué)研究起到了至關(guān)重要的作用。
之后的10多年時間里,詹祥江研究員每年都會組織人員對青藏高原進行科學(xué)考察,幾乎涵蓋高原的四季,累計下來已經(jīng)開展了大大小小的野外調(diào)查上百次。其中,團隊的“90后”李帆已堅守黃河源頭的猛禽調(diào)查工作長達六年。
夏季是科考的主要時期,主要是因為夏季是獵隼的繁殖期,有利于觀察獵隼的繁殖行為。獵隼每年的產(chǎn)卵期一般是4月份,每巢產(chǎn)卵3至5枚,孵化期約7周時間,獵隼幼鳥一般在6月中下旬初飛。因此,研究人員從3月起監(jiān)測記錄獵隼的行為,在6月下旬之前完成野外調(diào)查、行為觀測和相關(guān)的樣品采集等工作。
胡莉告訴記者:“為了減少對獵隼繁殖的影響,我們在繁殖期間進行相機安置、環(huán)志、采樣等過程中,會先等獵隼父母離巢,然后迅速爬上鳥巢完成工作,整個過程一般不會超過十分鐘。通過掌握猛禽活動規(guī)律、食性特征及繁殖情況等,建立相關(guān)的猛禽動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)庫,可以為瀕危猛禽的保護和管理提供有效的科技支撐和手段。”
研究團隊一方面揭示高原獵隼的“前世今生”,另一方面與黃河源園區(qū)合作搭建人工巢對猛禽實施就地保護。獵隼的復(fù)壯受制于自然巢數(shù)量,人工巢則可以緩解這一難題。目前,黃河源園區(qū)一共搭建了700多個人工巢,猛禽上巢率為40%以上。團隊的樣線調(diào)查結(jié)果顯示,從2018年至2022年期間,黃河源園區(qū)棲息在人工巢中的獵隼繁殖對數(shù)量逐年上升,從100多巢上升至近300巢。
研究團隊通過黃河鄉(xiāng)、扎陵湖鄉(xiāng)等區(qū)域人工巢采樣數(shù)據(jù)的研究,發(fā)現(xiàn)每年出殼的獵隼幼鳥達300只以上,出飛率則高達90%以上。人工巢的搭建既為青藏高原獵隼種群的種群復(fù)壯提供了有力保障,也為鼠(兔)害的生態(tài)防治打下了堅實基礎(chǔ),有利于維持當(dāng)?shù)刈匀簧鷳B(tài)系統(tǒng)的動態(tài)平衡。
研究團隊結(jié)合對全球獵隼主要地理種群的遙感衛(wèi)星追蹤、環(huán)志等調(diào)查工作,發(fā)現(xiàn)高原上生活的獵隼占全球獵隼總數(shù)的四分之一,并且發(fā)現(xiàn)青藏高原是全球最大的獵隼越冬地。通過基因組學(xué)研究解答了獵隼為什么會適應(yīng)高原環(huán)境,并向青藏高原遷徙越冬。
低溫適應(yīng)方面,高原獵隼比其他獵隼體型更大,體重更重,高原獵隼基因組中發(fā)現(xiàn)了兩個從北極矛隼中滲入的關(guān)鍵基因,滲入基因有利于高原獵隼清除血液中更多的膽固醇,降低寒冷條件下脂質(zhì)增加的負效應(yīng)。
低氧適應(yīng)方面,發(fā)現(xiàn)高原獵隼基因組中一段正選擇信號最強的脫氧核糖核酸區(qū)域,盡管仍維持保守的空間三維結(jié)構(gòu),但其內(nèi)部調(diào)控元件與血紅蛋白基因間的互作增強,促使血紅蛋白更高表達,響應(yīng)低氧壓力。
強紫外線適應(yīng)方面,比較羽毛的反射光譜,發(fā)現(xiàn)高原獵隼的羽色更深,其基因組上基因的一段內(nèi)含子區(qū)受到正選擇,高原型片段的增強效應(yīng)減弱,促進真黑色素的合成,減少了紫外線對高原獵隼的損傷。
在高原上開展科研研究,要耐得住性子、靜下來心思、更需要坐得了冷板凳,還需要接受生理上的挑戰(zhàn)。2018年5月,胡莉帶隊來到黃河源園區(qū)開展野外調(diào)查研究。一到瑪多縣就出現(xiàn)了嚴重的高原反應(yīng),還是咬牙堅持了下來,并開展了一個多月的野外科考,“感受過惡劣的自然條件和高寒缺氧的環(huán)境,在有限的實驗室資源和較長的孤寂中切身體驗科研的艱辛,零距離接觸高原上的生生不息,才更能體會到高原生物奮斗不止的精神,從而轉(zhuǎn)化為科研人自強不息的動力。”
在研究團隊的所有成員身上,我們看到了勇攀高峰、敢為人先的精神。他們的研究彌補了青藏高原獵隼研究的空白,然而成果也不止于此。
——發(fā)表了世界首例猛禽基因組,厘清了中國獵隼保護的研究現(xiàn)狀;基于獵隼全基因組結(jié)合生物信息和分子實驗技術(shù)篩選并建立了一套獵隼的個體識別系統(tǒng);通過衛(wèi)星追蹤發(fā)現(xiàn)蒙古獵隼冬季遷徙至青藏高原的規(guī)律。
——首次在青藏高原地區(qū)野生動物研究中建立了種群轉(zhuǎn)錄組學(xué)的研究方法;首次揭示了核糖核酸在青藏高原動物低氧環(huán)境適應(yīng)中的復(fù)雜性轉(zhuǎn)錄調(diào)控模式,揭示高原鳥類在青藏高原生活的奧秘;揭示了藏羚羊、牦牛、鼢鼠、鼠兔等青藏高原特色野生哺乳動物適應(yīng)低氧的趨同進化機制。