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压力测试

新的研究工具帮助科学家在野生动物数量急剧下降之前测量它们的压力

  • 巴里自由民
  • 保护
  • 2022年10月04日

日落时分,一只黑斑羚在博茨瓦纳的草原上奔跑. 为了研究动物的压力,科学家们研究了从黑斑羚粪便中提取的激素. (Christophe Courteau/自然图片库摄)

日出前,路易斯·汉尼克 在坦桑尼亚塞伦盖蒂国家公园的一个研究中心醒来. 他爬进了一辆越野车, 由助理加入, 他们骑着马穿过赤道的灌木丛,直到他们看到了一群红褐色的羚羊,叫做黑斑羚. 他们停下来,匆匆记下地点:时间、天气、附近的其他物种. 他们数着那些苗条的生物, 按年龄分组,把男性分开, 用他们竖琴形状的角, 来自雌性. “然后博彩圈等待黑斑羚排便,”他说 Hunninck他是一名保护生物学家 伊利诺伊大学香槟分校. “基本上就是拉屎.”

他们收集的粪便样本存放在冰中,直到被带到实验室 麻省大学达特茅斯分校 实验室)中有大量关于黑斑羚所承受压力的信息. 通过测量与压力相关的激素浓度,并将其与环境数据进行分析, Hunninck可以推断出哪些人类活动对黑斑羚的身体造成了最大的伤害.

叫做野生动物应激生理学, 这一科学分支近来蓬勃发展,对环境保护有着重大意义. 测量压力如何影响个体生物, 科学家们说, 可以作为处于困境人群的早期预警系统吗.

“传统的方法是博彩圈监测人口,博彩圈看到他们正在下降. 这通常需要几年的时间,”Hunninck说. “然后博彩圈试图找出造成这种情况的原因. ,只 然后 博彩圈要想办法阻止这种威胁吗. 这可能需要几十年的时间.”

然而,威胁在成为致命威胁之前可能是亚致命的,这就是压力研究的切入点. “如果你能通过观察人类活动对一种动物或一群动物的生理机能的影响来预测人类活动——无论是狩猎、旅游还是修路——将对动物种群产生什么影响,Hunninck说, “你可以在人口减少发生之前就开始预防.”

2020年,Hunninck发表了他的一些发现 保护生理学. 通过检测一种叫做糖皮质激素的应激激素, 他发现,在没有降雨的几周内,浓度最高, 当黑斑羚吃的植物干枯时,就会失去一些营养价值. 气候变化 是否会在未来带来博彩圈首页这样的干旱.

汉尼克研究了当地因素, 太, 包括邻近的马赛牧牛者, 谁住在一群群茅草屋里. 生活在人口密集地区的黑斑羚的糖皮质激素水平更高. 但这些定居点的影响比干燥的天气和干燥的草原要小,这表明黑斑羚的生存主要取决于解决气候破坏等全球问题. Hunninck说:“即使存在放牧压力,马赛人在这里也不是问题。. “更重要的是更大的变革驱动因素.”

 
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在德国彼得斯多夫,一只大山雀正从一个巢穴洞中出来

彼得斯多夫,一只大山雀正从一个巢穴洞中出来(上图), 德国, 这是许多欧洲城市之一,在那里,鸟类似乎正在适应噪音等压力源. 在坦桑尼亚,黑斑羚(下图)比人类邻居更受干旱的影响.

城市压力

野生动物的应激生理机能正在享受一个时刻,这应该不足为奇. 两个关键因素已经融合在一起:需求和技术. 首先,公众对气候变化的担忧越来越大, 污染 而且 栖息地的破坏-威胁野生动物种群的人类活动. 显然需要采取一些措施,但首先研究人员需要了解问题所在.

与此同时, 测量压力的工具已经变得更加复杂, 更少的侵入性和更容易在现场使用. “而不是假设一些生态压力对动物是好是坏,”他说 迈克尔警长, 马萨诸塞大学达特茅斯分校的生理生态学家, 博彩圈可以直接去问动物自己.”

绿色背景下的黑斑羚特写

端粒是一种很有前途的工具, 帽状物固定在染色体的末端,防止它们降解. 在许多动物中, 包括人类, 端粒随着时间的推移而缩短, 就像一个倒计时的生物计时器. 它们收缩得越快,动物衰老得越快. “当你受到环境压力时,端粒会以更快的速度缩短,”他说 卡洛琳法甲他是瑞典隆德大学的生态生理学家.

Isaksson研究大山雀, 欧洲鸣鸟,黄色的胸脯上有黑色的条纹,吱吱的叫声听起来像自行车打气筒. 它们遍布整个非洲大陆,从林地扩展到城市和郊区. 但城市地区充满了压力:噪音、肮脏的空气、人造灯光. 有充足的食物(充足的白面包), 例如), 但它没有乡村鸟类吃的食物有营养.

为了检查这些鸟的染色体,Isaksson提取了血液样本并提取了DNA. 她发现,在城市里长大的大奶子的端粒更短. 当Isaksson将2天大的雏鸟——将乡村孵化的雏鸟搬到城市的巢箱中,反之亦然——换巢时,她发现产地并不重要. 正是这些鸟生长的地方决定了它们的端粒长度. “所以这确实是一种环境效应,”她说. 跟随同样的鸟类进入下一个季节, 她了解到它的端粒越短, 雏鸟就越不可能长成有繁殖能力的成年鸟.

但成年的雏鸟似乎适应了, Isaksson说遗传可能起到一定作用. 在去年发表于 自然通讯, 她分析了包括格拉斯哥在内的九个欧洲城市的大山雀的DNA, 巴塞罗那, 巴黎和米兰——以及它们的乡村郊区. 无论他们住在哪里, 城市鸟类进化得很快, 尤其是与认知有关的基因, 昼夜节律和攻击性等行为. 事实上,他们彼此之间的相似度,远远超过了与他们最近的农村邻居的相似度. “他们必须更坚强,更有韧性,Isaksson说, “生活在高密度的人口、交通、噪音和所有这些通常会把它们吓坏的不同因素中.”

压力的“适应性好处”

压力并不总是坏事. 这一点很容易忘记,因为长期的压力会让博彩圈筋疲力尽. 它使博彩圈焦躁不安、易怒. 它会对博彩圈的思维、心理健康和免疫系统造成损害. 但适度的压力能让博彩圈保持警觉. 它能让博彩圈度过最后期限,帮助博彩圈应对危机.

同样,对野生动物来说,压力是两面性的. 在更糟糕的情况下,它可能是致命的,警长说. 但在较低水平上,它可能具有“适应性好处”,帮助动物应对恶劣的环境.

Sheriff研究过 雪鞋野兔它们生活在北美北方森林中 双人舞加拿大山猫. 野兔的皮毛随着季节的变化而伪装,巨大的后腿一次可以跳12英尺——这是躲避猫科动物捕食者的工具. 但是猞猁有敏锐的耳朵, 眼睛好,反应快,能抓野兔, 哪些食物占了他们饮食的大部分.

这两个哺乳动物种群是串联摆动的. 来自美国.S. 落基山脉和阿巴拉契亚山脉进入加拿大一直到阿拉斯加, 丰富的野兔为山猫提供了一顿盛宴, 谁的人口会因此激增. 然后,野兔的数量急剧下降,它们的捕食者的数量也很快随之下降.

作为博士.D. 他想知道压力是否在这些波动中起了作用. 前往育空地区的云杉和柳林, 他捕捉野兔,并收集血液和粪便样本来测量糖皮质激素.

他发现,当猞猁数量充足时,野兔的激素水平会升高. 在一个实验中, Sheriff模拟了高捕食风险,把一些野兔关在围栏里,让它们暴露在受过训练的狗面前. 仅仅是看到和闻到狗的气味就会降低他们的存活率, 尽管他们没有直接联系. “所以,被吓死了,”他直言不讳地说.

在野外,压力大的雌性野兔的后代越来越少,越来越小. 这听起来可能是个问题, 但Sheriff称其为适应性:更少的幼崽减少了母亲必须觅食喂养它们的时间. “体重轻的婴儿吃得少,”他说. “越少的婴儿吃得越少. 这样妈妈就不用暴露在捕食者面前了. 因为如果妈妈死了,你再胖都没用了. 如果妈妈死了,你也会死.”

Sheriff还发现,压力大的母亲的后代糖皮质激素水平也很高, 即使他们自己从未见过猞猁. 这些激素与躲藏等恐惧行为有关, 他推测这有助于年轻人生存.

“如果那些婴儿一点都不害怕的话, 但有一大群掠食者在附近游荡, 所有的婴儿都会被吃掉,他说. “它们只是在草地上闲逛,然后就被抓走了.”

 
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一只雪鞋野兔在奔跑

通过测量称为糖皮质激素的压力荷尔蒙, 科学家们发现,雪靴兔(上图)在它们的主要捕食者时,体内的蛋白质含量更高, 加拿大山猫(下图, 吃野兔), 是丰富的. 野兔由此产生的恐惧反应帮助它们避免被捕获.

科学交叉渗透

讨论野生动物压力研究的一些最新发现,以及这项工作的意义Bernhard Voelkl, 瑞士伯尔尼大学的生物学家, 去年,他邀请了11位同事去瑞士的一座山间小屋. 参与者, 包括Isaksson(通过Zoom)和Sheriff, 谈到了野生动物应激生物标志物的进展,以及他们自己对大熊猫等动物物种的研究, 北极熊和 灰熊 松鼠,雪靴兔和鸟类.

一只加拿大山猫正在吃野兔

许多科学家主要关心的是人口健康. 其他人则有不同的关注点:动物个体的福祉. 这两个科学分支往往是独立运作的, 一些与会人士希望,一些异体受精可能对每个人(包括动物)都有好处。.

这稍微改变了范例. “博彩圈对动物福利的关注仅限于博彩圈托管的动物:农场动物, 实验室动物, 宠物, 动物园的动物, 马戏团的动物,” 汉诺Wurbel他也是伯尔尼大学的一名动物福利科学家. 但人类在管理野生种群及其所栖息的生态系统方面发挥着越来越大的作用. “因此,野生动物和博彩圈照顾的动物之间的界限正变得越来越模糊,Würbel说. 更重要的是, 他补充说, 野生动物和福利科学家各自开发了可以帮助对方的工具.

对Voelkl来说,这是一个道德因素. “博彩圈承认动物是有感情的生物,”他说. “社会普遍认为,人类不应该造成不必要的痛苦和折磨.“单个生物的困境可以引起公众的关注,就像一个受欢迎的 2017视频 加拿大北极地区一只瘦弱的北极熊的照片. 不管那只熊为什么会挨饿, 这段视频令人信服地证明,气候变化导致的海冰融化有可能导致物种灭绝.

这使得环保和福利很难分开. “经常, 对个人有利的东西会对群体有利,反之亦然,Voelkl说. 科学合作似乎对双方都有利.


巴里自由民 是北卡罗来纳州达勒姆的作家吗.


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