基于行為及氣味對中緬樹鼩親緣識別的研究

侯東敏,王政昆,朱萬龍

(云南省高校西南山地生態(tài)系統(tǒng)動植物生態(tài)適應(yīng)進(jìn)化及保護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，云南師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，昆明 650500)

動物生態(tài)學(xué)研究的前提和重要內(nèi)容之一是行為的辨別和分類。區(qū)分認(rèn)識動物的活動、休息、取食、攻擊、標(biāo)記等行為能夠更為系統(tǒng)地理解其生態(tài)功能。動物的社會行為在很大程度上受到化學(xué)信號的影響，而動物社會行為發(fā)生的首要條件是對化學(xué)信號中所包含信息的辨識。近年來對動物行為的研究較為廣泛，如通過對長爪沙鼠(Merionesunguiculatus)的研究表明，受限制的傳播和社會組織可能在精細(xì)的空間內(nèi)決定嚙齒類動物的種群遺傳基因結(jié)構(gòu)[1]；基于布氏田鼠(Lasiopodomysbrandtii)的研究表明通過聲音環(huán)境切換的行為機(jī)制能夠控制小鼠的生育率[2]，對小鼠(Musmusculus)的社會行為研究發(fā)現(xiàn)早期環(huán)境強(qiáng)化不會導(dǎo)致雄性大鼠減少社會等級[3]。氣味作為一種重要的化學(xué)信號，對于動物在復(fù)雜環(huán)境中生存以及繁殖具有重要作用。近年來對動物氣味的研究頗多，如對雪豹(Pantherauncia)[4]、棕色田鼠(Lasiopodomysmandarinus)[5]、根田鼠(Microtusoeconomus)[6]等。在動物個(gè)體中嗅覺往往是對物種進(jìn)行識別的主要感覺形式，包括性選擇、親緣識別和個(gè)人識別等[7-10]。

中緬樹鼩(Tupaiabelangeri)屬攀鼩目(Scandentia)樹鼩科(Tupaiidae)，分布于南亞、東南亞以及中國南部和西南部地區(qū)，為東洋界特有的晝行性小型哺乳動物。中緬樹鼩是一種進(jìn)化程度相對較高的哺乳動物，其生長速度快、體型小、馴化繁殖成本低，且在生物學(xué)特性上是除靈長類動物外較其他動物更接近于人的哺乳動物，因此成為近年來被廣泛應(yīng)用于生物學(xué)和醫(yī)學(xué)等諸多領(lǐng)域的新型實(shí)驗(yàn)動物。為滿足實(shí)驗(yàn)需求，對樹鼩進(jìn)行規(guī)?；Z化飼養(yǎng)十分迫切。本實(shí)驗(yàn)基于行為和氣味探討中緬樹鼩的親緣識別，為揭示中緬樹鼩的親緣識別提供重要的科學(xué)理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣本來源

本實(shí)驗(yàn)所采用的實(shí)驗(yàn)樣本為實(shí)驗(yàn)室繁殖(中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院醫(yī)學(xué)生物學(xué)研究所醫(yī)學(xué)靈長類中心提供，實(shí)驗(yàn)動物生產(chǎn)許可證號：SCXK(滇)K2013-0001；實(shí)驗(yàn)動物使用許可證號：SYXK(滇)K2013-0001。)中緬樹鼩12窩，每窩3只，共36只，每窩包括親代雌性、子代雌性及子代雄性各1只。根據(jù)Kawamichi[11]對中緬樹鼩的社會結(jié)構(gòu)研究可知，一般情況下，一個(gè)雄性中緬樹鼩的領(lǐng)域往往和一個(gè)或幾個(gè)雌性的領(lǐng)域重疊。這說明中緬樹鼩在自然條件下具有一雄一雌或者一雄多雌的繁殖方式[12]。結(jié)合飼養(yǎng)條件以及動物存活率等實(shí)際情況，故暫未選取親代雄性進(jìn)行親緣識別研究，此部分內(nèi)容將在后續(xù)的實(shí)驗(yàn)研究中進(jìn)行深入探討。

1.2 實(shí)驗(yàn)動物的處理

動物從中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院醫(yī)學(xué)生物學(xué)研究所醫(yī)學(xué)靈長類中心取回后于云南師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院實(shí)驗(yàn)動物房(昆明)單籠室溫分房間飼養(yǎng)，保證彼此間氣味隔絕，避免氣味交流。飼養(yǎng)籠規(guī)格為：120 mm×200 mm×300 mm，室溫控制在20℃±2℃，光周期12L∶12D，用充足的飼料進(jìn)行喂養(yǎng)。

1.3 行為觀測

行為觀察箱規(guī)格為：400 mm×400 mm×450 mm，材質(zhì)為亞克力板，內(nèi)部裝有食槽(80 mm×80 mm×50 mm)以及休息暗盒(180 mm×80 mm×80 mm)，并裝有實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)z像頭(名稱：9路高清數(shù)字硬盤錄像機(jī)；型號：ES-N6009)，行為觀察箱安置房間內(nèi)裝有15 W的暖色白熾燈用以照明。

實(shí)驗(yàn)前在行為觀察箱內(nèi)放置充足食物，包括蘋果與面包蟲等。將雄性動物尾巴根部剃毛，以便在實(shí)驗(yàn)觀察時(shí)區(qū)分雌雄，實(shí)驗(yàn)時(shí)分別將各組親屬與非親屬動物個(gè)體兩兩置于觀察箱內(nèi)適應(yīng)15～20 min，并通過實(shí)時(shí)監(jiān)控錄像設(shè)備采集動物生活視頻信息。一次觀測實(shí)驗(yàn)周期為24 h，期間保證實(shí)驗(yàn)動物不受外界環(huán)境影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，對行為觀察箱進(jìn)行消毒。

獲取行為視頻信息后，根據(jù)動物行為的表達(dá)特征，對動物在一定環(huán)境條件下出現(xiàn)的行為動作進(jìn)行的辨認(rèn)和記錄。通過對24 h內(nèi)動物個(gè)體的行為觀察統(tǒng)計(jì)，計(jì)算某一行為產(chǎn)生的頻次。

某時(shí)段內(nèi)某行為產(chǎn)生頻次百分比(%)=

1.4 氣味識別

Y-迷宮由鍍錫鐵皮(厚16 mm)和透明亞克力板組成。Y-迷宮包括適應(yīng)箱、刺激源箱(400 mm×300 mm×300 mm)、公共臂(700 mm×300 mm×300 mm)、選擇臂(600 mm×300 mm×300 mm)及空氣泵(名稱：電磁式空氣泵，型號：ACO-001，平均風(fēng)速：38 L/min)組成。Y-迷宮安置房間內(nèi)裝有實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)z像頭采集視頻信息，15 W的白熾燈用以照明。實(shí)驗(yàn)后隨機(jī)選取10 min進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果以s為單位進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

1)尿液氣味識別。實(shí)驗(yàn)前采集動物個(gè)體的新鮮尿液置于-20℃冰箱貯存；以規(guī)格為10 mm×10 mm×2 mm的方塊脫脂棉作為尿液載體，保存于密封袋內(nèi)避免污染，使用時(shí)用鑷子夾出。

實(shí)驗(yàn)時(shí)先將被試動物個(gè)體置于Y-迷宮適應(yīng)箱內(nèi)，適應(yīng)20 min，此時(shí)間段內(nèi)解凍尿液樣本，將方塊脫脂棉置于由透明亞克力板制成的長方體小盒(規(guī)格為100 mm×50 mm×40 mm)上層中部位置，取1 mL尿液置于方塊脫脂棉上使之充分吸收；后迅速將長方體小盒放置于刺激源箱內(nèi)，將通風(fēng)塑料管對準(zhǔn)方塊脫脂棉；開啟空氣泵。實(shí)驗(yàn)進(jìn)行30 min，通過實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)z像頭采集視頻信息。實(shí)驗(yàn)完成后對Y-迷宮各部件消毒，對Y-迷宮安置房間進(jìn)行消毒通風(fēng)。

2)動物個(gè)體氣味識別。實(shí)驗(yàn)時(shí)先將被試動物個(gè)體置于Y-迷宮適應(yīng)箱內(nèi)，適應(yīng)20 min，隨后將刺激源動物置于刺激源箱內(nèi)，開啟空氣泵。后續(xù)步驟同1.4(1)。

3)生活暗盒氣味識別。實(shí)驗(yàn)時(shí)先將被試動物個(gè)體放置于Y-迷宮適應(yīng)箱內(nèi)，適應(yīng)20 min，隨后將生活暗盒與刺激源箱對接，開啟空氣泵。后續(xù)步驟同1.4(1)。

1.5 統(tǒng)計(jì)分析

數(shù)據(jù)采用SPSS 13.0軟件包統(tǒng)計(jì)，采用SigmaPlot 12.5軟件包作圖，并采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)(Independent-Samples T Test)完成。結(jié)果均以平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤表示，P<0.05表示差異顯著，P<0.01表示差異極顯著。

2 結(jié)果

2.1 親屬中緬樹鼩行為節(jié)律分析

正常條件下，親屬中緬樹鼩共同生活時(shí)的24 h行止具有明顯的節(jié)律性，雄性與雌性個(gè)體的行為節(jié)律大致相同。

活動時(shí)間為白天，活動高峰為早晨和黃昏，活動呈雙峰型。運(yùn)動型活動開始時(shí)間為05：00，08：00—09：00達(dá)到活動的第一個(gè)高峰期，隨后活動減少，持續(xù)到13：00出現(xiàn)活動的第二個(gè)高峰。20:00 后，幾乎沒有活動量(圖1-A)。休息時(shí)間為18：00—07：00，尤其20：00—05：00處于休息高峰期(圖1-B)。取食節(jié)律伴隨活動節(jié)律增減，07：00—09：00和13：00—15：00為取食高峰(圖1-C)。修飾行為發(fā)生于07：00—14：00，取食、休息后都會伴隨修飾行為的發(fā)生。雌性修飾行為略多于雄性，對面部和四肢的修飾較多，對尾巴和身體其他部位修飾較少(圖1-D)。

圖1 親屬中緬樹鼩行為日節(jié)律圖(A：活動；B：休息；C：取食；D：修飾)Figure 1 A daily rhythm chart of the common life of Tupaia belangeri in a related relationship(A:Activity;B:Resting;C: Feeding;D:Grooming)

圖2 非親屬中緬樹鼩行為日節(jié)律圖(A：活動；B：休息；C：取食；D：修飾)Figure 2 Daily rhythm chart of the common life of Tupaia belangeri in non-kin relationship(A:Activity;B:Resting;C: Feeding;D:Grooming)

2.2 非親屬中緬樹鼩行為節(jié)律分析

非親屬中緬樹鼩共同生活時(shí)的24 h行止與親屬中緬樹鼩的結(jié)果大致相同，其具有明顯的節(jié)律性，雄性與雌性個(gè)體的行為節(jié)律大致相同。

活動時(shí)間為白天，活動高峰為早晨和黃昏，活動呈雙峰型。運(yùn)動型活動開始時(shí)間為04：00，07：00—09：00達(dá)到活動的第一個(gè)高峰期，隨后活動減少，持續(xù)到13：00出現(xiàn)活動的第二個(gè)高峰。20：00 后，幾乎沒有活動量(圖2-A)。休息時(shí)間為18：00—07：00，尤其為18：00—05：00處于休息高峰期(圖2-B)。非親屬中緬樹鼩的取食節(jié)律與親屬中緬樹鼩有所不同，未伴隨活動節(jié)律增減，而在07：00～18：00間斷性持續(xù)取食(圖2-C)。修飾行為在07：00—10：00和12：00—14：00兩個(gè)時(shí)段內(nèi)較多發(fā)生(圖2-D)。

2.3 親屬與非親屬中緬樹鼩的行為比較

親屬中緬樹鼩攻擊行為的發(fā)生時(shí)間極顯著小于非親屬中緬樹鼩(t=-6.65，P<0.01)；親屬中緬樹鼩友好行為的發(fā)生時(shí)間顯著大于非親屬中緬樹鼩(t=3.13，P<0.05)；親屬中緬樹鼩標(biāo)記行為的發(fā)生時(shí)間顯著小于非親屬中緬樹鼩(t=-2.44，P<0.05)。結(jié)果見表1。

表1 親屬與非親屬中緬樹鼩的行為比較Table 1 Comparisons of the behaviors of kin and non-kin Tupaia belangeri

注：數(shù)值為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤。P<0.05表示兩者之間差異顯著；P<0.01表示兩者之間差異極顯著

2.4 中緬樹鼩尿液氣味識別

親屬中緬樹鼩的尿液與對照(不做任何處理的空刺激源箱)做刺激源時(shí)，被試子代雄性(t=5.36)、子代雌性(t=4.09)、親代雌性(t=25.19)中緬樹鼩均極顯著(P<0.01)的選擇中緬樹鼩的尿液；非親屬中緬樹鼩的尿液與對照做刺激源時(shí)，被試子代雄性(t=5.07)、子代雌性(t=3.4)中緬樹鼩均極顯著(P<0.01)選擇中緬樹鼩的尿液，被試親代雌性(t=2.73)中緬樹鼩顯著(P<0.05)選擇中緬樹鼩的尿液；親屬與非親屬中緬樹鼩的尿液做刺激源時(shí)，被試子代雄性(t=4.27)、子代雌性(t=4.88)、親代雌性(t=7.19)中緬樹鼩均極顯著(P<0.01)選擇親屬中緬樹鼩的尿液。結(jié)果見圖3。

圖3 Y-迷宮中中緬樹鼩對親屬與對照(A)、非親屬與對照(B)、親屬與非親屬(C)尿液的選擇
Figure 3 Selection of the urine in the Y-type labyrinth with kin and control (A),non-kin and control (B),kin and non-kin (C) of theTupaiabelangeri

數(shù)值為平均值 ± 標(biāo)準(zhǔn)誤。*：P<0.05表示兩者之間差異顯著；**：P<0.01表示兩者之間差異極顯著。下同

2.5 中緬樹鼩個(gè)體氣味識別

親屬中緬樹鼩與對照(不做任何處理的空刺激源箱)做刺激源時(shí)，被試子代雄性(t=5.36)、親代雌性(t=26.12)中緬樹鼩均極顯著(P<0.01)的選擇中緬樹鼩，被試子代雌性(t=2.24)中緬樹鼩顯著(P<0.05)選擇中緬樹鼩；非親屬中緬樹鼩與對照做刺激源時(shí)，被試子代雄性(t=14.54)、子代雌性(t=4.74)及親代雌性(t=13.85)中緬樹鼩均極顯著(P<0.01)選擇中緬樹鼩；親屬與非親屬中緬樹鼩做刺激源時(shí)，被試子代雄性(t=6.72)、子代雌性(t=5.33)中緬樹鼩均極顯著(P<0.01)選擇親屬中緬樹鼩，被試親代雌性(t=2.11)中緬樹鼩顯著(P<0.05)選擇親屬中緬樹鼩。結(jié)果見圖4。

圖4 Y-迷宮中中緬樹鼩對親屬與對照(A)、非親屬與對照(B)、親屬與非親屬(C)身體氣味的選擇
Figure 4 Selection of the body odor in the Y-type labyrinth with kin and control (A),non-kin and control (B),kin and non-kin (C) of theTupaiabelangeri

2.6 中緬樹鼩暗盒氣味識別

親屬中緬樹鼩的居住暗盒與對照(不做任何處理的空刺激源箱)做刺激源時(shí)，被試子代雄性(t=26.51)、親代雌性(t=16.47)中緬樹鼩均極顯著(P<0.01)的選擇中緬樹鼩的居住暗盒，被試子代雌性(t=2.82)中緬樹鼩顯著(P<0.05)的選擇中緬樹鼩的居住暗盒；非親屬中緬樹鼩的居住暗盒與對照做刺激源時(shí)，被試子代雄性(t=11.40)中緬樹鼩極顯著(P<0.01)選擇中緬樹鼩的居住暗盒，被試子代雌性(t=2.12)、親代雌性(t=2.73)中緬樹鼩顯著(P<0.05)選擇中緬樹鼩的居住暗盒；親屬與非親屬中緬樹鼩的居住暗盒做刺激源時(shí)，被試子代雄性(t=4.20)中緬樹鼩極顯著(P<0.01)選擇親屬中緬樹鼩的居住暗盒，被試子代雌性(t=2.50)及親代雌性(t=2.14)中緬樹鼩顯著(P<0.05)選擇親屬中緬樹鼩的居住暗盒(見圖5)。

3 討論

近年來，動物行為的研究逐漸進(jìn)入國內(nèi)外學(xué)者的視線，成為當(dāng)下研究的熱點(diǎn)問題，但大多數(shù)是對嚙齒類動物和大型獸類社群行為[13-14]、繁殖行為[15]、攻擊行為[16]的研究，而對中緬樹鼩的行為研究鮮有報(bào)道。

本研究中親屬中緬樹鼩個(gè)體取食行為呈雙峰型，說明親屬中緬樹鼩雌雄個(gè)體不產(chǎn)生食物競爭關(guān)系，能夠和睦相處，這與本研究組對單獨(dú)籠養(yǎng)中緬樹鼩取食行為的研究相符[17]；而非親屬中緬樹鼩的雌雄個(gè)體產(chǎn)生食物競爭，因此爭相取食，致使取食行為呈單峰型。因此推測導(dǎo)致此差別的原因是中緬樹鼩能夠進(jìn)行親緣識別，從而分辨親屬與非親屬中緬樹鼩。

圖5 Y-迷宮中中緬樹鼩對親屬與對照(A)、非親屬與對照(B)、親屬與非親屬(C)居住暗盒的選擇
Figure 5 Selection of the cassette in the Y-type labyrinth with kin and control (A),non-kin and control (B),kin and non-kin (C) of theTupaiabelangeri

通過對中緬樹鼩行為頻次的統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，親屬中緬樹鼩雌雄個(gè)體之間友好行為的發(fā)生時(shí)間顯著多于非親屬雌雄個(gè)體，而攻擊行為和標(biāo)記行為卻顯著低于非親屬雌雄個(gè)體，尤其攻擊行為達(dá)到極顯著狀態(tài)。相關(guān)研究證實(shí)動物個(gè)體間親緣關(guān)系越近，友好行為發(fā)生頻次越高[18-19]，這說明個(gè)體能夠通過與親緣合作提高廣義適合度。大量研究表明個(gè)體間的友好行為不僅可以作為緩和攻擊之后社會關(guān)系和減弱競爭的方式，它也能增加種群內(nèi)個(gè)體獲得資源的概率[20]、維持社會地位[21]以及增加繁殖成功率[22]等。

小型哺乳動物利用氣味進(jìn)行化學(xué)通訊主要是通過對其他個(gè)體的氣味差異進(jìn)行嗅覺識別從而完成個(gè)體識別，尿液、糞便及腺體分泌物等在識別過程中起到了氣味源的作用[23-24]。本研究氣味識別實(shí)驗(yàn)中的刺激源為尿液和暗盒時(shí)，子代雄性對其親屬個(gè)體和對照組的選擇明顯低于非親屬和對照組，可能說明雄性中緬樹鼩對其親屬個(gè)體尿液及暗盒的氣味識別能力相比雌性中緬樹鼩較弱；而刺激源為動物個(gè)體時(shí)子代雄性對其親屬個(gè)體和對照組的選擇卻明顯高于非親屬和對照組，由此推測動物個(gè)體作為刺激源時(shí)雄性中緬樹鼩除嗅覺通訊外，還可能通過視覺及聽覺等方式進(jìn)行通訊，且此能力比雌性個(gè)體較強(qiáng)。嗅覺氣味源信號在小型哺乳動物的化學(xué)通訊中具有重要作用，通過嗅覺對氣味信號的識別和記憶的能力影響動物的社會等級、親緣識別、領(lǐng)域等社會行為[25-27]。本研究無論以尿液、暗盒、個(gè)體中任意一種方式作為刺激源時(shí)，中緬樹鼩均能顯著識別親屬個(gè)體，這說明中緬樹鼩能夠通過氣味物質(zhì)進(jìn)行識別。

綜上所述，親屬與非親屬中緬樹鼩的活動、休息、取食、修飾行為表現(xiàn)出晝夜節(jié)律性；親屬與非親屬的取食行為頻次趨勢有所不同。中緬樹鼩更顯著偏向于選擇與其具有親屬關(guān)系動物的尿液、個(gè)體及暗盒氣味。以上結(jié)果表明親屬和非親屬中緬樹鼩的行為模式存在差異，尿液等氣味因素會對中緬樹鼩的親緣識別產(chǎn)生影響。