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又产蛋又产奶的“可达鸭”,被大坝挡住了去路

2022-11-26

鸭嘴兽大概是最奇特的动物之一,它们是少有的卵生哺乳动物,长着鸭子一般的脚蹼和嘴巴,却有一条和河狸一样的扁尾巴。也难怪最初见到鸭嘴兽标本的科学家,会怀疑这个“缝合怪”是人为恶作剧的产物。

然而,这些可爱的小怪物们,不仅因为气候变化等危机而数量下降,现在还有了一个新的“敌人”——大坝

绘制于1799年的历史上第一张鸭嘴兽科学绘画,好像拉长了的可达鸭啊|Frederick Polydore Nodder

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神奇的鸭嘴兽,已是“近危”物种 

鸭嘴兽生活在澳大利亚大陆,早在2500万年前就已经出现在地球上了,是鸭嘴兽科现存唯一的一个物种。

鸭嘴兽有着许多与现存其他哺乳动物不同的特征,例如它们没有演化出乳房和乳头,只能像“流汗”一样通过乳腺泌乳。而且,鸭嘴兽繁殖后代的方式是卵生,侧面证明了哺乳动物和爬行动物之间的演化关系,可以说是“活化石”。有奶又有蛋,一只鸭嘴兽自己就可以做蛋挞(误)。

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刚刚破壳而出的鸭嘴兽幼崽 | Smithsonian Channel / Youtube

鸭嘴兽的奇特之处远不止如此。它们有10条性染色体,是大部分哺乳动物的5倍之多。雄性鸭嘴兽的后腿上长了一根有毒的尖刺,在争夺领地或配偶时可以释放毒液,攻击对手。它们的嘴巴上还布满灵敏的电流感应器,捕食时,可以通过猎物发出的生物电场来准确定位。而在紫外线的照射下,它们的皮毛甚至可以发出荧光。

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同一只鸭嘴兽标本分别在可见光和紫外线照射下的照片,上排为背部,下排为腹部:在紫外线下,鸭嘴兽发出了荧光|参考资料[2]

然而,自欧洲人在两个多世纪前定居澳大利亚以来,鸭嘴兽的数量已经下降了50%。导致鸭嘴兽数量下降的原因有很多——最初,人们因对动物皮毛的需求而猎杀它们;随着气候变化,越来越频繁的极端天气如干旱、火灾也直接威胁着鸭嘴兽的生存;环境污染、栖息地减少、入侵物种捕食、被渔民误捕等因素,也让它们变得岌岌可危。在国际自然保护联盟红色名录上,鸭嘴兽被列为“近危”物种。

而近日,发表于《通讯-生物》的一项研究表明,人类修建的大坝也严重威胁着鸭嘴兽的生存

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被大坝阻拦的族群,基因无法流动 

为什么大坝会影响鸭嘴兽的生存呢?难道这些小可爱们会迷迷糊糊地自己跑去撞墙吗?事实上,大坝对鸭嘴兽的影响并不是在个体层面,而是影响了群体的移动,进而影响整个族群的生存。

鸭嘴兽的特点之一,就是有着和鸭子类似的脚蹼。在没有大坝的情况下,它们可以用脚蹼自由地在河流上下游之间活动。用这对看着有些笨拙的脚蹼,鸭嘴兽甚至可以翻过高达十米的堤坝。然而,澳大利亚的主要大坝的高度都超过了10米,这些踩着脚蹼的小动物们能不能翻越它们,一直是个谜。

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 鸭嘴兽的分布范围(黄色部分)与主要大坝(红点),此次的研究则在棕色框范围内|参考先问[1]

为了回答这个问题,科学家们选择了澳大利亚的9条河流,提取了它们附近274只鸭嘴兽的DNA,并对每一条河流上下游的鸭嘴兽基因组成进行了对比

如果鸭嘴兽可以自由地活动,上下游的种群基因就可以通过交配而流动、交换,基因组成不会有什么区别。反之,如果它们不能自由活动,上下游的鸭嘴兽便只能分别进行内部繁殖,基因也无法自由流动,久而久之,一些基因突变就会在单个族群内积累,最终让上下游的鸭嘴兽种群出现明显的基因差异。

研究结果发现,在没有大坝的情况下,分布于上下游的鸭嘴兽,基因并没有很大的差别;但如果有了大坝,它们的基因差别是前者的4~20倍之高。这证明大坝的确会阻止鸭嘴兽的移动,还影响了不同种群的基因组成。

这双鸭子一样的蹼,无法让它们游过超过10米的大坝|Field Museum / flickr

这种对基因交流的阻断,看似没有直接危害到鸭嘴兽的生命,将来却会导致鸭嘴兽的数量减少

困在破碎的栖息地里,难以应对风险 

鸭嘴兽的数量之所以会因此减少,原因之一是遗传学上的“近交衰退”现象,简单来说就是种群内部的近亲繁殖导致种群的适应度下降

近亲繁殖的时候,父母双方的基因组相似,一些隐性性状便更有可能出现在后代身上;当这些隐性性状不利于个体的生存时,种群内部的动物对于环境的适应性就会降低,数量也会减少。

基因组成单一的种群,应对灾难性事件的抵抗力也会降低。如果种群内部的基因组成复杂多样,当随机的灾难来临时,种群内的一些动物个体可能会因自己独特的性状而存活,让整个种群得以存续。而如果种族内部的基因组成单一,灾难来临时,这个种族可能就被“团灭”了。

鸭嘴兽幼崽。如果被大坝困住,鸭嘴兽就会出现近亲繁殖,后代对环境的适应度可能会下降|cloudfront.net

大坝的存在还会限制鸭嘴兽们寻找新的栖息地。在没有大坝的环境里,如果环境变得不适宜居住,鸭嘴兽可以沿着河流自由地迁徙到新的地方。但是,大坝的存在限制了这样的迁徙,继而加剧了自然灾害对鸭嘴兽的威胁。

这种情况其实与许多濒危物种面临的“栖息地破碎化”相似。切断鸭嘴兽栖息地的是大坝,切断其他动物的家园的,可能是人类修建的公路,或是不适宜生存的人工林等。最终,各个种群只能被困在碎片化的栖息地里,无法进行基因交流,也无法找寻更好的栖息地。

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自然环境中的鸭嘴兽|Klaus / Wikimedia Commons

幸运的是,鸭嘴兽的困境尚未到无法挽救的地步。

虽然鸭嘴兽自己不能跨越高高的堤坝,但是人们可以帮助它们,这则研究的作者就提出了两种解决方案:一方面,人类可以在堤坝附近建立分流或旁路,让鸭嘴兽们有路可走;另一方面,人类也可以帮助鸭嘴兽进行基因交换,把一个种群的鸭嘴兽送到另一个种群中,增加种群的基因多样性。每一代动物里,只需要有一个外来的个体,就可以将种族隔离的风险降至最低。

当然,更好的方式是从根本上避免这些问题的发生,比如不要再在鸭嘴兽的栖息地附近建立新的大坝。

毕竟,鸭嘴兽如此独特,我们经不起它们的消失。

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此次研究中的鸭嘴兽|Twitter:@UNSW

“等等,谁说可达鸭的原型是鸭嘴兽?可达鸭难道不是鸭子吗?”如果你也有这样的疑惑,那请点击下方图片,围观关于可达鸭原型之争的辩论:

参考文献

[1] Mijangos, J.L., Bino, G., Hawke, T. et al. Fragmentation by major dams and implications for the future viability of platypus populations. Commun Biol 5, 1127 (2022). https://doi.org/10.1038/s42003-022-04038-9

[2] Anich, P. S., Anthony, S., Carlson, M., Gunnelson, A., Kohler, A. M., Martin, J. G., & Olson, E. R. (2020). Biofluorescence in the platypus (Ornithorhynchus anatinus). Mammalia, 1(ahead-of-print). 

[3] Australia's 'irreplaceable' platypus threatened by dams: study. https://phys.org/news/2022-11-australia-irreplaceable-platypus-threatened.html

作者:Hazel

编辑:麦麦

本文来自物种日历,欢迎转发

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