第二次青藏科考發(fā)現(xiàn)新的回聲定位動(dòng)物類群——豬尾鼠
回聲定位（Echolocation）是指動(dòng)物通過(guò)發(fā)出聲波和接收回聲來(lái)獲得空間環(huán)境信息，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)目標(biāo)定位、躲避障礙物、導(dǎo)航、覓食等活動(dòng)的一種定向行為。回聲定位，作為一種特殊的感覺(jué)系統(tǒng)，能夠幫助動(dòng)物在視覺(jué)無(wú)效或低效的環(huán)境下提高生存適合度，因此是動(dòng)物的一種適應(yīng)性的復(fù)雜性狀。
自1942年通過(guò)嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)方法首次證實(shí)蝙蝠具有回聲定位行為以來(lái)，研究人員又陸續(xù)在鳥(niǎo)類、齒鯨、鼩鼱、馬島猬等動(dòng)物類群中發(fā)現(xiàn)具有回聲定位的能力的物種。由此可見(jiàn)，回聲定位在動(dòng)物中呈現(xiàn)多次、獨(dú)立的起源和演化模式。在過(guò)去的幾十年中，研究人員從動(dòng)物生態(tài)、生理、分子遺傳等不同方面，對(duì)回聲定位機(jī)制進(jìn)行了廣泛的探索，但至今對(duì)這個(gè)問(wèn)題還知之甚少，整個(gè)領(lǐng)域的研究遇到了極大的瓶頸。這主要是因?yàn)檫@些野生動(dòng)物受限于動(dòng)物飼養(yǎng)、體型以及研究手段等難題，很難在現(xiàn)有的回聲定位物種上開(kāi)展更精細(xì)、深入的研究。因此，新的回聲定位動(dòng)物類群的發(fā)現(xiàn)將為突破目前的瓶頸提供可能。
“生物多樣性保護(hù)與可持續(xù)利用”任務(wù)“高原動(dòng)物多樣性保護(hù)和可持續(xù)利用”專題中國(guó)科學(xué)院昆明動(dòng)物研究所研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)整合行為學(xué)、解剖學(xué)、基因組學(xué)、以及基因功能實(shí)驗(yàn)多個(gè)獨(dú)立的證據(jù)，證實(shí)了嚙齒目豬尾鼠屬（Typhlomys）的物種具有的回聲定位能力（圖1，2），豬尾鼠是一個(gè)全新的、獨(dú)立演化出回聲定位適應(yīng)性性狀的哺乳動(dòng)物類群。
在該研究中，研究人員以嚙齒目豬尾鼠屬物種作為研究對(duì)象。行為實(shí)驗(yàn)表明，在黑暗環(huán)境中豬尾鼠可以利用超聲波和聽(tīng)覺(jué)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)定位和避開(kāi)障礙物。在發(fā)聲與聽(tīng)覺(jué)骨骼結(jié)構(gòu)上，發(fā)現(xiàn)豬尾鼠莖舌骨與鼓骨的空間位置接觸并融合，這與通過(guò)喉部發(fā)聲的回聲定位動(dòng)物的結(jié)構(gòu)是一致的。此外，通過(guò)進(jìn)化基因組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，豬尾鼠的回聲定位是獨(dú)立起源的。在全基因組范圍內(nèi)，豬尾鼠與已知的回聲定位物種（蝙蝠和齒鯨）在聽(tīng)覺(jué)基因上顯著的富集趨同基因，其中包含被廣泛研究的回聲定位相關(guān)基因prestin。進(jìn)一步通過(guò)基因功能實(shí)驗(yàn)證實(shí)豬尾鼠prestin與回聲定位物種存在功能趨同。而且，Prestin基因功能趨同是由回聲定位物種共享的氨基酸突變所驅(qū)動(dòng)。
圖1 多個(gè)實(shí)驗(yàn)證據(jù)證實(shí)豬尾鼠物種的回聲定位行為
圖2 中華豬尾鼠（Typhlomys cinereus），供圖：劉奇，馬曉峰
該研究于2021年6月18日以“Echolocation in soft-furred tree mice”為題在期刊《Science》上在線發(fā)表。
原文鏈接：https://science.sciencemag.org/content/372/6548/eaay1513