為適應(yīng)環(huán)境變化 這些生物也是“蠻拼的”

在生物界，如果上一代生活得“舒適快樂”，則下一代的心理、生理和健康狀況等也會“因優(yōu)而優(yōu)”。但如果上一代生存環(huán)境很“惡劣”，那么，下一代一定會“因劣而劣”嗎？這在科學(xué)界是一個爭論多年、懸而未決的問題。

近日，廈門大學(xué)環(huán)境與生態(tài)學(xué)院李慶順教授課題組的一項研究似乎找到了這個問題的“答案”。研究表明，世代周期短、活動能力受限的一年生植物和無脊椎動物，無論親代經(jīng)歷更優(yōu)質(zhì)的環(huán)境還是更惡劣的環(huán)境，這些親代的經(jīng)歷總是能使子代受益。

該成果首次發(fā)現(xiàn)了親本效應(yīng)具有廣泛的適應(yīng)意義，可能是生物快速響應(yīng)惡化環(huán)境的重要策略，于日前發(fā)表在國際生態(tài)學(xué)頂級期刊《生態(tài)學(xué)快報》上。

親本經(jīng)歷如何影響后代，學(xué)界還存在很多爭論

所謂親本效應(yīng)，是指上一代生活的環(huán)境影響后代的發(fā)育和行為的現(xiàn)象，幾十年來，關(guān)于親本效應(yīng)的模式研究一直受到人們的密切關(guān)注。

“90年代以前人們意識到親本效應(yīng)存在，但是卻未引起廣泛的關(guān)注。是因為當(dāng)時的證據(jù)均指向親本不愉快的經(jīng)歷會威脅后代的健康狀況。”廈門大學(xué)環(huán)境與生態(tài)學(xué)院張原野助理教授說。

親代效應(yīng)真正走進(jìn)研究者的視野，是上世紀(jì)90年代在植物野芥菜和動物水蚤上的發(fā)現(xiàn)：當(dāng)上一代經(jīng)歷了被捕食時，后代的防御捕食能力會更強(qiáng)。后來發(fā)現(xiàn)了類似的模式，當(dāng)上一代的植物（野慈姑）在弱光下成長時，其后代在弱光線下的生長速率也會提升。“這意味著，當(dāng)親代可以感知到環(huán)境惡化的時候，親代效應(yīng)是一種積極響應(yīng)環(huán)境變化的策略，提高了子代對進(jìn)一步惡化環(huán)境的響應(yīng)能力。”張原野解釋道。

這些研究激起了生態(tài)學(xué)領(lǐng)域?qū)τH代效應(yīng)研究的廣泛關(guān)注，有一系列的后續(xù)研究，然而研究有些印證了之前的看法，有些則未能。因此，學(xué)界對親本效應(yīng)的適應(yīng)意義，特別是對惡劣環(huán)境的適應(yīng)意義，還存在很多爭論。

“要探索親本效應(yīng)是否具有較為普遍的適應(yīng)意義，單一的實驗研究很難回答這一類‘普遍性’科學(xué)問題，因為沒有一個實驗研究可以覆蓋非常多的物種和非常多的環(huán)境變化。”張原野介紹說，為此，針對這一長久以來的爭議，課題組用了一個大數(shù)據(jù)分析的方法，即充分挖掘已有的研究結(jié)果，從前人積累的對于不同物種和不同環(huán)境變化的研究中，尋求一個普適性模式。

“大數(shù)據(jù)分析面臨著一個挑戰(zhàn)——文獻(xiàn)搜集的完備性，因此在關(guān)鍵字索引出論文清單后，我們集合了集體的力量，集中閱讀了上千篇文獻(xiàn)，先后有五位成員參與文獻(xiàn)的閱讀、整理和數(shù)據(jù)采集工作。”張原野說，或許有一天，人工智能可以幫助我們完成這個步驟。

一年生植物與無脊椎動物能從親代經(jīng)歷中受益

據(jù)介紹，課題組綜合分析了從上世紀(jì)90年代至今的大量相關(guān)研究數(shù)據(jù)，從關(guān)鍵詞索引得到的1000余篇論文中，篩選出139篇研究論文，這些論文涉及112個物種，包括不同的親代環(huán)境處理、不同的子世代等。

“研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，對那些世代周期短、活動能力受限的一年生植物和無脊椎動物（如昆蟲），無論上一代經(jīng)歷的是優(yōu)質(zhì)環(huán)境還是惡劣環(huán)境，這些經(jīng)歷總能使子代受益。”張原野說，更有趣的是，這樣的效應(yīng)不僅惠及它們的子女，還普遍惠及孫輩甚至曾孫輩。

“該研究成果是對已有沖突觀點的一種調(diào)和，即為什么有時候我們看到子代會受益于親代經(jīng)歷的惡劣環(huán)境，而有時候我們則觀察不到。是由于所研究的物種之間的擴(kuò)散能力和壽命的不同引起的。”張原野說，因此，親本效應(yīng)提高子代對惡劣環(huán)境的響應(yīng)能力，通常僅在擴(kuò)散能力弱、壽命短的一年生植物和無脊椎動物中存在。

“然而，并不是所有物種的子代都會從親代的經(jīng)歷中受益。對于脊椎動物如老鼠和人等，只有上代經(jīng)歷優(yōu)質(zhì)環(huán)境才能使其子代受益，”張原野說，“這可能是由于這類動物活動能力強(qiáng)，可以趨利避害，因而沒有發(fā)展適應(yīng)惡劣環(huán)境的‘積極’效應(yīng)。”

她表示，親代效應(yīng)的機(jī)制發(fā)現(xiàn)或為今后快速改良農(nóng)作物，使其更有效應(yīng)對干旱、升溫、蟲害等不良影響提供一種思路和方向。

責(zé)任編輯：李海嘯