高原上的鼠兔
约翰·斯彼克曼
科学世界
2023-08-18 18:30:10
那是2008年隆冬，中国西部青藏高原上一个乡村派出所，我正坐在异常寒冷的等候室里。地面上铺着瓷砖，没有暖气，塑料座椅似乎是为了带走体内的热量而专门设计的。在等候室内，我猜测气温勉强能在冰点以上。我的中国同事踱来踱去，搓手取暖，哈出的气瞬间就凝结了。
我们等了大约1个小时，负责处理问题的女警察终于从外面骑着轻便摩托车回到所里。她两颊冻得通红，进来后在桌子后面坐下来，并叫我过去。我友好地打招呼道“你好”，因为从上次我们坐在完全相同的座位上、做完全相同的事情到那天，已经快1年了。她对我的问好无动于衷。在填写好文件上的许多细节后，她拿出一个小数码相机，给我拍了照，然后开始将我的照片上传到电脑里。那台电脑很旧，运行速度非常慢。
最终，照片上传成功了，她把它移到一个文件夹里，那里有另一张照片——12个月前的我。刹那间，她的脸亮了起来。她意识到我是同一个人。她满脸笑容地和我的中国同事聊天，就像我们是失散已久的朋友。只需再花10分钟打印出外国访客许可证，我们就可以上路了。
之所以有这一套特别的程序，是因为我要去青藏高原对一种类似兔子的小型哺乳动物——高原鼠兔进行野外考察，它是高原上特有的物种。这是我在这里工作的第2年。我的东道主、中国科学院的王德华和张堰铭，在过去的14年里一直在研究鼠兔。事实证明，最好的研究地点之一就是这里——一个不对外国人开放的地区。因此，为了来工作，我需要在派出所登记并获得外国访客许可证。
我们一起开始鼠兔研究项目时，目的非常简单。
鼠兔所属的门类，即啮齿类仓鼠科旅鼠属，没有任何冬眠的代表。我们推断或许高原鼠兔会是一种冬眠的旅鼠。如果是的话，冬眠行为将对它们如何应对气候变化产生重大影响。研究开始时，似乎一切都指向这个方向。首先，鼠兔生活在一个恶劣的环境中，冬天的食物很干燥而且适口性差。目前尚没有证据表明高原鼠兔有为冬季储食的行为，这一点与美洲鼠兔不同。其次，在冬季，鼠兔在地表的个体数量明显少于夏季。
由于冬眠的哺乳动物会定期苏醒并出来觅食和饮水，那么，冬季在地表可见个体数量少得多的动物可能是地下冬眠动物群体中苏醒过来的个体。最后，冬眠主要是小型哺乳动物的特征，而鼠兔体重大约150～200克，是体型最小的旅鼠属动物之一。这一切构成了一个合理的故事，但后续研究证明这个推断是完全错误的。
德华和堰铭邀请我加入这个项目，主要因为我在自由生活动物的能量需求的测定方法上有专长。
计划很简单，我们将去测定动物的能量需求，看看在隆冬季节它们是否有冬眠的能量消耗水平。简单直接，我们预计这个项目1年左右就会结束。但事实证明，这比我们想象的要复杂得多。首先，我们给待测定的个体做了标记，以便可以在几天后重新捕获它们，可是我们每天都看到它们在地表活动。显然它们不是某个大型地下冬眠种群苏醒过来的个体。
但尽管它们很活跃，并且在温度比夏天低30℃的时候仍然出来活动，当我们最终处理数据时发现，它们的能量需求确实减少了——只是没有像预期的冬眠那样低。这不合情理。
下一个计划是将温度记录装置植入动物体内，以准确测定它们的体温。我们的设想是，10月份植入温度记录装置，来年2月重新捕获动物并取出记录装置。但是，当身处荒无人烟之地、天寒地冻之时，重新捕获动物就没那么容易了。
我们决定不在野外对动物进行手术，而是把它们带回酒店，在客房里做手术。这样做大有裨益，因为我们对手术有更多的把控，而且可以确保动物从手术中完全恢复过来，第二天再把它们放回野外。我的同事不知以何种方式说服了酒店同意我们这样做。这是一段令人兴奋的经历，尤其是当一些动物逃跑并躲在床底下的时候，好在最终皆大欢喜。手术都很顺利。
然而，有一个问题是，鼠兔是当地政府防治的一种农业有害动物。
我们尝试这项工作的头几个冬天，没能重新捕获任何被植入温度记录装置的动物，因为它们所栖息的田地被投放了毒药。最终，我们仍然取得了一些成功，在2月份重新捕获了5只上一年10月被植入记录装置的动物。温度记录的数据证实鼠兔没有冬眠，但也表明它们会根据天气的寒冷程度来调节自己的体温。它们可以将体温降低几度。后来，通过将一些动物带回饲养，我们证实了这与它们的代谢受到抑制有关。
下一个需要回答的是它们吃什么的问题。冬天的草原会变得极其干枯，看起来远远不如夏天绿油油的青草那么可口。于是，我们开始怀疑鼠兔是否真的会在地下储存食物。堰铭确信它们没有，他的研究团队曾经在夏末和春季挖掘过鼠兔的洞穴，但什么也没发现。我说，也许你们在夏天挖掘的时候，它们还没有储存食物；而在春天挖掘的时候，它们已经把储存的食物吃掉了。他并不觉得好笑，说道，好吧，明天我们去弄一些工具，挖掘一些洞穴。
我们这样做了。当时是12月中旬。地面冻得像水泥一样坚硬，在海拔3500米的地方，氧气稀薄，无法支持剧烈的挖掘活动。我们一无所获。好吧，是几乎一无所获——因为在其中一个洞穴里，我们发现了一块被吃掉一半的牦牛粪。这时，我头脑中有一个想法开始萌发。第二年冬天，一只动物在诱捕过程中死亡，它的胃里似乎有牦牛粪。它们真的有可能在冬天利用牦牛的粪便作为食物吗？这个想法听起来匪夷所思，但实际上是有一定道理的。
我们在实验室里做了一些有关消化效率的实验，结果发现，粪便远比枯草更容易被消化。如果鼠兔吃粪便，它们需要待在地面上觅食的时间就会少很多。这与我们在冬季牦牛多的地方观察到地面上鼠兔数量要少得多的事实相吻合，尽管在那里总的种群数量更大。事实上，牦牛多的地方鼠兔种群数量较多，可能是因为有粪便这种额外的资源来帮助它们度过冬天。
正在取食牦牛粪便的高原鼠兔
但真相果然如此吗？
我们研究团队的一位博士后卢卡斯·欧达诺斯基（Lucasz Oldakowski）拍摄了一些鼠兔取食粪便的视频。堰铭的一位博士后傅海波也做了同样的工作。但或许鼠兔取食粪便只是一种非常罕见的行为，而他们很幸运地拍到了。我们怎么来进行确认检查呢？回到阿伯丁，我做了一个演讲介绍这项工作。
我多年的老同事艾拉·库罗尔（Ela Krol）提出了一个很好的建议——如果鼠兔取食牦牛的粪便，那么，你应该能够在它们的粪便和胃内容物中检测到。这将让我们知道有百分之多少的动物取食过牦牛粪便。我们对来自9个地点的鼠兔样品进行了检测，大约25%的动物的胃内容物中有牦牛的DNA。我们做了所有适当的对照组控制，以表明这不仅仅是来自草的污染。
重要的是，鼠兔胃中含有牦牛DNA的百分比与收集胃内容物的地点牦牛粪便的密度呈正相关——后者的数据是由分析数据之外的其他人完全独立收集的。
最后，我们发现，在冬季，牦牛和鼠兔的肠道微生物群有明显的趋同，这与鼠兔在与牦牛共存的地区广泛利用牦牛粪便完全吻合。
在开始寻找冬眠旅鼠13年后，我们得出结论：鼠兔并不冬眠，而是通过一种完全出人意料的策略生存。
它们抑制自身的代谢以减少能量需求，并且是根据环境温度来略微降低它们的体温从而达到这个目的。同时，如果可能的话，它们会将代谢抑制的策略和取食竞争对手——家牦牛的粪便相结合。这也解释了为什么在牦牛比较常见的地区，鼠兔种群数量更多。
我们在这个项目上历时13年的工作发表在了《美国国家科学院院刊》（PNAS）上（Speakman et al., 2021. Doi: 10.1073/pnsd.2100707118）。
但是，正如所有的科学项目一样，这并不是结束，因为它引发出一系列的科学问题。是不是所有的鼠兔都吃牦牛的粪便，还是只限于某个特定的亚种群？
我们进行消化效率相关的实验时发现，一些鼠兔会冲向牦牛的粪便然后大吃特吃，而另一些则完全不去靠近它。取食牦牛粪便的具体好处是什么？仅仅是因为更容易消化，还是牦牛体内的微生物群能带来更强大的应对寒冷的能力？我们在小鼠身上所做的其他研究表明，微生物群在这方面可能起着至关重要的作用。还有，吃牦牛粪便的行为到底如何转化为规模更大的种群，抑或这只是一个巧合？
取食粪便的鼠兔在地面上暴露于被捕食的时间较少，是否因此能保证更高的生存率？这对于这个物种适应高原上的气候变暖有什么意义，以及它们与牦牛之间存在什么样的相互作用？
本文摘自《科学世界》2021年第8期，阅读全文可进入“科学世界微店”购买本期杂志。