./t20161230_477859_taonews.html
专题
首页  >  专题  >  环球科学  >  环球科学<前沿资讯>

生物节律:野外时分

来源:环球科学

  野生动物的社会行为之中表现出来的生物节律鲜为人知。一项研究表明,水鸟双亲的孵卵节律主要是为防御捕食者而展开的策略。

  从细菌到人类,一切有机体的生命之本都是日常行为及生理的周期活动。在二十四小时区间内,动物们会投入大块时间用于休息和活动。它们日常的活动节律主要受生物钟支配,以同步适应每日的昼夜周期。生物节律也会受到有机体的社会环境影响。然而,影响社会活动节律的因素鲜为知之。在一篇在线发表在Nature的文章中,Bulla等人报告了一项针对水鸟日常孵卵行为中时间分配问题的大规模研究。 

  从细菌到人类,一切有机体的生命之本都是日常行为及生理的周期活动。在二十四小时区间内,动物们会投入大块时间用于休息和活动。它们日常的活动节律主要受生物钟支配,以同步适应每日的昼夜周期。生物节律也会受到有机体的社会环境影响。然而,影响社会活动节律的因素鲜为知之。在一篇在线发表在Nature的文章中,Bulla等人报告了一项针对水鸟日常孵卵行为中时间分配问题的大规模研究。 

  几乎所有关于动物日活动节律的研究都是基于严格的环境控制,利用捕获或单独饲养的实验室种群展开的。这类的研究有利于我们了解生物节律。然而野生动物的存活主要依靠它们为响应外部复杂的环境因素而形成日活动节律的能力,而且对于许多动物而言,也取决于他们与其他个体同步活动的能力。虽然社会行为的节奏在自然界中是显而易见的,但是在野生动物当中,关于遗传因素和环境因素影响生活节律的研究很少。

  Bulla和他的同事们调查了一个引人注目的具有社会同步性的自然模型:双亲鸟在孵卵过程中轮流在巢的时间分配安排。水鸟的蛋需要在其双亲精确协调和同步的照看下,持续不断地孵化。作者在文章中介绍了一项针对野生水鸟的孵化模式展开的长达二十年的研究。收集到的数据中囊括了世界各地由高纬度到低纬度的32种,729对鸟类和91个类群。他们利用直接和间接观察法相结合的方式来评估孵化模型。

  作者发现每个个体的孵化时间,从仅1小时到长达50小时不等。研究人员也计算了孵化期的持续时间,这可以反映出每对双亲共同孵化时间的平均周期长度。Bulla等人观察到双亲轮流照看巢的孵化期多种多样。其中一些成对鸟类双亲同步孵化周期维持在二十四小时左右的时间节律,而有些其他鸟类则少于20小时或超过28小时的节律不等。

  作者还观察到,成对的鸟类展示出了独立的节律:接近二十四小时的时间节律但不与光周期同步。众所周知,大多数的动物的行为节律表现出与光周期同步,并且受遗传和环境因素的影响。因此,作者观察到这些居住在独立的栖息地,不论是同种或不同种水鸟之间表现出独特多样性的孵化节律,是非常出人意料的。

  那么究竟是什么因素造成了野生水鸟这种具有较大差异性的孵化节律呢?作者利用复杂的建模方法来评估遗传因素在这种多样性变化中起到的作用。他们的结果表明,近缘种鸟类表现出类似的孵化节律模式-这项结果与其他研究生物节律受基因的遗传结果是一致的。

  作者还研究了哪些因素可能促使形成了这样的孵卵模式。孵卵行为和觅食行为是互相排斥的,那么可以假设为:孵卵周期的长短可能会影响鸟类的能量状态。相比下,较小的鸟会存储更少能量,而消耗的更快,所以它们需要更高频次的取食。由此可以推测出,体型较小的鸟类,可能表现出更频繁的轮流孵卵行为。然而Bulla等人发现鸟类的体型大小与他们孵卵周期长度并无关联。

  体温调节也有可能会影响一只鸟对能量的需求。高纬度地区的鸟类,因为受寒冷气影响,他们的能量可能会消耗的更快,因此相比较低纬度的温暖地区,它们可能进行更频繁的轮班交替孵卵,然而,Bulla和同事们发现与温暖地区的鸟类相比,寒冷地区的鸟类拥有更长时间的孵化回合。总之,这些结果表明,孵卵周期的长短也不受鸟类能量状态的影响。

  Bulla等人确定了显著影响孵卵周期时长的一种行为因素:为减少捕食者攻击巢而形成的对策。水鸟的巢一般是在地面,利用双亲假装或者直接攻击或转移注意力的策略,以阻止捕食者侵犯他们的巢穴。这些利用伪装来躲避捕食者的鸟类会有较长时间的孵卵期。这种方式使双亲鸟的交替孵卵的行为减少,因为这可能会将自己的巢址暴露给捕食者。相反的,那些积极阻止入侵捕食者接近巢穴的水鸟拥有较短的孵卵周期。图1

123.jpg

  

  Pulla等人在全球范围内大规模的展开水鸟的孵卵节律调查。图1是红腹滨鹬将巢在地上伪装起来;作者观察到这一种类的鸟表现出较长时间的孵卵期,它们通过减少自己的活动而避免被捕食者发现;蛎鹬没有隐藏自己的巢,而是积极反抗捕食者,它们的孵卵期较短。

  在成对水鸟观察到的孵卵节律的多样性,不论是同种或不同种类之间,都是令人印象深刻的。但也许Bulla和他的同事们最惊人的发现,是观察到仅有22%的鸟类双亲采用二十四为周期的孵卵模式。这是一项有趣的发现,因为一直以来,与环境周期同步被认为是一种有利的特性。而与环境异步的条件下,动物可能会遭遇负面影响,比如遭受疾病或者短寿。相对于良性时间安排的人类,生物钟遭到破坏的人类可能会患上一些严重的疾病,比如肥胖症,阿茨海默病以及癌症。

  Bulla和他同事们的这项工作揭示了社会性行为时间分配的多样性,灵活性以及可塑性,并挑战了动物与24小时昼夜循环保持同步的假说。那么与环境异步是否真的消耗水鸟的生理成本?如果是,那么是在一对双亲鸟之中均等分配吗?由于捕食能力,捕食风险以及双亲离巢时的温度变化的自然差异性,孵卵节律可能会偏向双亲中的其中一方。

  一对同种水鸟的孵卵节律可能会有很大的差异,这引发了关于一对鸟是如何决定这种节律发生的问题,是“谈判”,还是由占主导地位的合伙人决定?对于指定的一对鸟来说,是否存在年复一年的节律变动?以及如果真的是这样,又是什么可能原因会使捕食者为响应鸟类节律而发生的密度波动?这些问题仍有待回答。

  

  原文:http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature20481.html

  翻译:席天宇

  校审:方露

本文来自:环球科学
特别声明:本文转载仅仅是出于科普传播信息的需要,并不意味着代表本网站观点或证实其内容的真实性;如其他媒体、网站或个人从本网站转载使用,须保留本网站注明的“来源”,并自负版权等法律责任;作者如果不希望被转载或其它相关事宜,请与我们接洽。
[责任编辑:系统管理员]
分享到:
文章排行榜
©2011-2019 版权所有:中国数字科技馆
未经书面许可任何人不得复制或镜像
京ICP备11000850号 京公网安备110105007388号
信息网络传播视听节目许可证0111611号
国家科技基础条件平台
./t20161230_477859_taonews.html