商業(yè)采挖影響高山植物的偽裝色彩進化
人類活動已經對自然造成了重大影響，重大到許多科學家投票贊成將這個時代劃分為一個新的地質時代——人類世（Anthropocene）。樺尺蛾的體色便是教科書式的案例：潮濕的英國，樹林里到處覆蓋著灰白色的地衣，灰白色型的樺尺蛾個體在這樣的環(huán)境中偽裝很好，因此數(shù)量比深色型的個體更多。但工業(yè)革命時期，它們棲息的環(huán)境被黑色的煙塵遮蓋，深色的個體因而獲得了更好的偽裝，數(shù)量逆轉。
如果說人類對環(huán)境的改變只是間接影響了生物的進化，那么捕獵/采挖活動則可以產生非常直接且快速的影響，其產生的選擇壓力遠超其他自然力量。例如，在捕魚過程中，漁網會對魚的大小做篩選，比網眼小的魚更容易幸存。長此以往，魚就越來越小，且繁殖年齡也越來越?。ㄖ挥心切┰隗w型較小時就能繁殖的魚才有更多后代）。與之類似，很多野生植物因具有經濟價值而受到人類關注，遭到嚴重采挖，但這一過程引發(fā)的潛在進化影響卻極少受到關注。最近，中國科學院昆明植物研究所與英國?？巳卮髮W的科研人員合作探討了這一問題。
梭砂貝母是生長在我國西南高山流石灘上的一種貝母屬植物。昆明植物研究所高山植物多樣性研究組的研究人員在前期研究中發(fā)現(xiàn)，該物種的不同群體具有顯著的體色差異。在某些群體中，呈現(xiàn)比較“正?！钡木G色，而在另一些群體中，它們則與背景融為一體，非常隱蔽（圖1）。研究者首先推測，這種偽裝可能是在應對食草動物的防御策略。但與其他在該區(qū)域發(fā)現(xiàn)的偽裝植物不同，經過長期多地觀察，他們沒有觀察到動物取食梭砂貝母的明顯痕跡。由于體內富含生物堿，貝母屬植物具有很強的化學防御，在一定程度上抵御了動物取食。而后，研究者意識到，梭砂貝母作為我國傳統(tǒng)藥用植物“川貝”的重要來源，其地下鱗莖長期遭到大量采挖，而這種采挖本身就有可能產生強烈的選擇壓力。
圖1. 不同群體的梭砂貝母體色變化
為研究貝母的色彩，研究者首先獲得了每個群體的反射光譜數(shù)據，根據CIELAB色覺模型（該模型專為人類色覺設計）計算，發(fā)現(xiàn)梭砂貝母的體色的確在群體之間差異顯著（圖2）。利用該模型，研究者還計算了貝母與巖石背景的匹配程度，作為衡量偽裝程度的指標。
為了評估每個群體遭受的采挖強度，研究者從當?shù)鼗鶎铀幧烫帿@得了過去六年的梭砂貝母采收量（以干重統(tǒng)計），并估計了每個群體單粒貝母鱗莖的干重。他們發(fā)現(xiàn)，獲得一公斤干燥鱗莖，意味著超過3,000株貝母被采挖，這是相當強的選擇壓力。再通過樣方統(tǒng)計和分布面積評估獲得的潛在貝母產量，研究者獲得了每個群體的采挖強度。他們發(fā)現(xiàn)，采集強度越大的地方，貝母偽裝越好。
考慮到采挖壓力可能在較長歷史內有變化，研究者還評估了偽裝程度與采挖難度的關系。采挖難度與當?shù)亓魇癁┗|巖石的大小和結構有關，鱗莖埋藏較深的群體采挖難度大，耗時長，因而遭受的采挖壓力較小。結果表明，越是容易采集的群體，其偽裝越好。
圖2. A群體間的體色變異（CIELAB色彩空間）B采挖強度（橫坐標）與偽裝程度（縱坐標）的關系 C采挖難度（橫坐標）與偽裝程度（縱坐標）的關系 D 貝母目標顯著度與玩家搜尋時間的關系（紅色為三色視覺結果，藍色為二色視覺結果）
此外，為了評估貝母的偽裝效果并檢驗人類通過視覺的選擇過程，研究者編寫了一款名為“找貝母”的網絡游戲（圖3），用以收集與色覺相關的數(shù)據。玩家首先被告知需要尋找的貝母長什么樣，接著可以選擇當人類（三色視覺）還是牦牛（二色視覺），而后需要在最短時間內從依次出現(xiàn)的每幅圖片中找到目標。研究者采用一個整合的目標顯著度參數(shù)衡量每幅圖片上貝母的顯著程度，后臺程序會記錄玩家在每張圖片上的耗時（霰彈槍式的隨機胡亂點擊將不會被計入最終統(tǒng)計，不要作弊哦）。一年多時間里，來自全球的500多名玩家參與了這項實驗（目前的記錄由名叫Matze的一名玩家保持，成績?yōu)?/span>0.9133秒）。結果表明，偽裝更好（顯著度更低）的貝母的確更難被找到。并且，擁有三色視覺的人類搜尋目標的速度要比二色視覺的動物（模擬獲得）更快。
圖3. 公眾參與的在線視覺游戲“找貝母”
以上結果表明，人類的采挖活動很可能驅動了偽裝在梭砂貝母中的進化。采挖者并不在意貝母的色彩，但他們的搜尋和采挖過程卻影響了植物的色彩進化。這一例子暗示，人類活動正在以自己都無法預見的方式影響野生生物的進化。
雖然梭砂貝母已足夠“聰明”，但研究者推測，在利益的驅使下，再高明的偽裝也躲不過人類的高強度搜索。如今，許多群體的貝母已經越來越少見。研究者在此呼吁大家，求助現(xiàn)代醫(yī)學，減少對野生生物資源的過度采集。
研究成果以“Commercial harvesting has driven the evolution of camouflage in an alpine plant”為題在國際生物學領域頂級期刊Current Biology在線發(fā)表。牛洋博士為論文第一作者，Martin Stevens教授和孫航研究員為通訊作者。該研究得到中國科學院青藏高原二次科考、戰(zhàn)略性先導科技專項、國家自然科學基金、中科院青促會、云南省科技廳及中國科技廳項目的資助。
作者單位：中國科學院東亞植物多樣性與生物地理學重點實驗室