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为适应环境变化,这些生物也是“蛮拼的”

“父母”的痛苦经历会使“孩子”受益?

为适应环境变化,这些生物也是“蛮拼的”

在生物界,如果上一代生活得“舒适快乐”,则下一代的心理、生理和健康状况等也会“因优而优”。但如果上一代生存环境很“恶劣”,那么,下一代一定会“因劣而劣”吗?这在科学界是一个争论多年、悬而未决的问题。

近日,厦门大学环境与生态学院李庆顺教授课题组的一项研究似乎找到了这个问题的“答案”。研究表明,世代周期短、活动能力受限的一年生植物和无脊椎动物,无论亲代经历更优质的环境还是更恶劣的环境,这些亲代的经历总是能使子代受益。

该成果首次发现了亲本效应具有广泛的适应意义,可能是生物快速响应恶化环境的重要策略,于日前发表在国际生态学顶级期刊《生态学快报》上。

亲本经历如何影响后代,学界还存在很多争论

所谓亲本效应,是指上一代生活的环境影响后代的发育和行为的现象,几十年来,关于亲本效应的模式研究一直受到人们的密切关注。

“90年代以前人们意识到亲本效应存在,但是却未引起广泛的关注。是因为当时的证据均指向亲本不愉快的经历会威胁后代的健康状况。”厦门大学环境与生态学院张原野助理教授说。

亲代效应真正走进研究者的视野,是上世纪90年代在植物野芥菜和动物水蚤上的发现:当上一代经历了被捕食时,后代的防御捕食能力会更强。后来发现了类似的模式,当上一代的植物(野慈姑)在弱光下成长时,其后代在弱光线下的生长速率也会提升。“这意味着,当亲代可以感知到环境恶化的时候,亲代效应是一种积极响应环境变化的策略,提高了子代对进一步恶化环境的响应能力。”张原野解释道。

这些研究激起了生态学领域对亲代效应研究的广泛关注,有一系列的后续研究,然而研究有些印证了之前的看法,有些则未能。因此,学界对亲本效应的适应意义,特别是对恶劣环境的适应意义,还存在很多争论。

“要探索亲本效应是否具有较为普遍的适应意义,单一的实验研究很难回答这一类‘普遍性’科学问题,因为没有一个实验研究可以覆盖非常多的物种和非常多的环境变化。”张原野介绍说,为此,针对这一长久以来的争议,课题组用了一个大数据分析的方法,即充分挖掘已有的研究结果,从前人积累的对于不同物种和不同环境变化的研究中,寻求一个普适性模式。

“大数据分析面临着一个挑战——文献搜集的完备性,因此在关键字索引出论文清单后,我们集合了集体的力量,集中阅读了上千篇文献,先后有五位成员参与文献的阅读、整理和数据采集工作。”张原野说,或许有一天,人工智能可以帮助我们完成这个步骤。

一年生植物与无脊椎动物能从亲代经历中受益

据介绍,课题组综合分析了从上世纪90年代至今的大量相关研究数据,从关键词索引得到的1000余篇论文中,筛选出139篇研究论文,这些论文涉及112个物种,包括不同的亲代环境处理、不同的子世代等。

“研究结果发现,对那些世代周期短、活动能力受限的一年生植物和无脊椎动物(如昆虫),无论上一代经历的是优质环境还是恶劣环境,这些经历总能使子代受益。”张原野说,更有趣的是,这样的效应不仅惠及它们的子女,还普遍惠及孙辈甚至曾孙辈。

“该研究成果是对已有冲突观点的一种调和,即为什么有时候我们看到子代会受益于亲代经历的恶劣环境,而有时候我们则观察不到。是由于所研究的物种之间的扩散能力和寿命的不同引起的。”张原野说,因此,亲本效应提高子代对恶劣环境的响应能力,通常仅在扩散能力弱、寿命短的一年生植物和无脊椎动物中存在。

“然而,并不是所有物种的子代都会从亲代的经历中受益。对于脊椎动物如老鼠和人等,只有上代经历优质环境才能使其子代受益,”张原野说,“这可能是由于这类动物活动能力强,可以趋利避害,因而没有发展适应恶劣环境的‘积极’效应。”

她表示,亲代效应的机制发现或为今后快速改良农作物,使其更有效应对干旱、升温、虫害等不良影响提供一种思路和方向。

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责任编辑:筱权