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為什麼生物能以各種方式适應環境

來源:科技日報

考古探秘

在生物界，如果上一代生活得“舒适快樂”，則下一代的心理、生理和健康狀況等也會“因優而優”。但如果上一代生存環境很“惡劣”，那麼，下一代一定會“因劣而劣”嗎？這在科學界是一個争論多年、懸而未決的問題。

近日，廈門大學環境與生态學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，無論親代經曆更優質的環境還是更惡劣的環境，這些親代的經曆總是能使子代受益。

該成果首次發現了親本效應具有廣泛的适應意義，可能是生物快速響應惡化環境的重要策略，于日前發表在國際生态學頂級期刊《生态學快報》上。

親本經曆如何影響後代，學界還存在很多争論

所謂親本效應，是指上一代生活的環境影響後代的發育和行為的現象，幾十年來，關于親本效應的模式研究一直受到人們的密切關注。

“90年代以前人們意識到親本效應存在，但是卻未引起廣泛的關注。是因為當時的證據均指向親本不愉快的經曆會威脅後代的健康狀況。”廈門大學環境與生态學院張原野助理教授說。

親代效應真正走進研究者的視野，是上世紀90年代在植物野芥菜和動物水蚤上的發現：當上一代經曆了被捕食時，後代的防禦捕食能力會更強。後來發現了類似的模式，當上一代的植物（野慈姑）在弱光下成長時，其後代在弱光線下的生長速率也會提升。“這意味着，當親代可以感知到環境惡化的時候，親代效應是一種積極響應環境變化的策略，提高了子代對進一步惡化環境的響應能力。”張原野解釋道。

這些研究激起了生态學領域對親代效應研究的廣泛關注，有一系列的後續研究，然而研究有些印證了之前的看法，有些則未能。因此，學界對親本效應的适應意義，特别是對惡劣環境的适應意義，還存在很多争論。

“要探索親本效應是否具有較為普遍的适應意義，單一的實驗研究很難回答這一類‘普遍性’科學問題，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境變化。”張原野介紹說，為此，針對這一長久以來的争議，課題組用了一個大數據分析的方法，即充分挖掘已有的研究結果，從前人積累的對于不同物種和不同環境變化的研究中，尋求一個普适性模式。

“大數據分析面臨着一個挑戰——文獻搜集的完備性，因此在關鍵字索引出論文清單後，我們集合了集體的力量，集中閱讀了上千篇文獻，先後有五位成員參與文獻的閱讀、整理和數據采集工作。”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曆中受益

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

“研究結果發現，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），無論上一代經曆的是優質環境還是惡劣環境，這些經曆總能使子代受益。”張原野說，更有趣的是，這樣的效應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和，即為什麼有時候我們看到子代會受益于親代經曆的惡劣環境，而有時候我們則觀察不到。是由于所研究的物種之間的擴散能力和壽命的不同引起的。”張原野說，因此，親本效應提高子代對惡劣環境的響應能力，通常僅在擴散能力弱、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曆中受益。對于脊椎動物如老鼠和人等，隻有上代經曆優質環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，可以趨利避害，因而沒有發展适應惡劣環境的‘積極’效應。”

她表示，親代效應的機制發現或為今後快速改良農作物，使其更有效應對幹旱、升溫、蟲害等不良影響提供一種思路和方向。（記者 謝開飛）

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