商業采挖影響高山植物的偽裝色彩進化
人類活動已經對自然造成了重大影響，重大到許多科學家投票贊成將這個時代劃分為一個新的地質時代——人類世（Anthropocene）。樺尺蛾的體色便是教科書式的案例：潮濕的英國，樹林里到處覆蓋著灰白色的地衣，灰白色型的樺尺蛾個體在這樣的環境中偽裝很好，因此數量比深色型的個體更多。但工業革命時期，它們棲息的環境被黑色的煙塵遮蓋，深色的個體因而獲得了更好的偽裝，數量逆轉。
如果說人類對環境的改變只是間接影響了生物的進化，那么捕獵/采挖活動則可以產生非常直接且快速的影響，其產生的選擇壓力遠超其他自然力量。例如，在捕魚過程中，漁網會對魚的大小做篩選，比網眼小的魚更容易幸存。長此以往，魚就越來越小，且繁殖年齡也越來越小（只有那些在體型較小時就能繁殖的魚才有更多后代）。與之類似，很多野生植物因具有經濟價值而受到人類關注，遭到嚴重采挖，但這一過程引發的潛在進化影響卻極少受到關注。最近，中國科學院昆明植物研究所與英國埃克塞特大學的科研人員合作探討了這一問題。
梭砂貝母是生長在我國西南高山流石灘上的一種貝母屬植物。昆明植物研究所高山植物多樣性研究組的研究人員在前期研究中發現，該物種的不同群體具有顯著的體色差異。在某些群體中，呈現比較“正常”的綠色，而在另一些群體中，它們則與背景融為一體，非常隱蔽（圖1）。研究者首先推測，這種偽裝可能是在應對食草動物的防御策略。但與其他在該區域發現的偽裝植物不同，經過長期多地觀察，他們沒有觀察到動物取食梭砂貝母的明顯痕跡。由于體內富含生物堿，貝母屬植物具有很強的化學防御，在一定程度上抵御了動物取食。而后，研究者意識到，梭砂貝母作為我國傳統藥用植物“川貝”的重要來源，其地下鱗莖長期遭到大量采挖，而這種采挖本身就有可能產生強烈的選擇壓力。
圖1. 不同群體的梭砂貝母體色變化
為研究貝母的色彩，研究者首先獲得了每個群體的反射光譜數據，根據CIELAB色覺模型（該模型專為人類色覺設計）計算，發現梭砂貝母的體色的確在群體之間差異顯著（圖2）。利用該模型，研究者還計算了貝母與巖石背景的匹配程度，作為衡量偽裝程度的指標。
為了評估每個群體遭受的采挖強度，研究者從當地基層藥商處獲得了過去六年的梭砂貝母采收量（以干重統計），并估計了每個群體單粒貝母鱗莖的干重。他們發現，獲得一公斤干燥鱗莖，意味著超過3,000株貝母被采挖，這是相當強的選擇壓力。再通過樣方統計和分布面積評估獲得的潛在貝母產量，研究者獲得了每個群體的采挖強度。他們發現，采集強度越大的地方，貝母偽裝越好。
考慮到采挖壓力可能在較長歷史內有變化，研究者還評估了偽裝程度與采挖難度的關系。采挖難度與當地流石灘基質巖石的大小和結構有關，鱗莖埋藏較深的群體采挖難度大，耗時長，因而遭受的采挖壓力較小。結果表明，越是容易采集的群體，其偽裝越好。
圖2. A群體間的體色變異（CIELAB色彩空間）B采挖強度（橫坐標）與偽裝程度（縱坐標）的關系 C采挖難度（橫坐標）與偽裝程度（縱坐標）的關系 D 貝母目標顯著度與玩家搜尋時間的關系（紅色為三色視覺結果，藍色為二色視覺結果）
此外，為了評估貝母的偽裝效果并檢驗人類通過視覺的選擇過程，研究者編寫了一款名為“找貝母”的網絡游戲（圖3），用以收集與色覺相關的數據。玩家首先被告知需要尋找的貝母長什么樣，接著可以選擇當人類（三色視覺）還是牦牛（二色視覺），而后需要在最短時間內從依次出現的每幅圖片中找到目標。研究者采用一個整合的目標顯著度參數衡量每幅圖片上貝母的顯著程度，后臺程序會記錄玩家在每張圖片上的耗時（霰彈槍式的隨機胡亂點擊將不會被計入最終統計，不要作弊哦）。一年多時間里，來自全球的500多名玩家參與了這項實驗（目前的記錄由名叫Matze的一名玩家保持，成績為0.9133秒）。結果表明，偽裝更好（顯著度更低）的貝母的確更難被找到。并且，擁有三色視覺的人類搜尋目標的速度要比二色視覺的動物（模擬獲得）更快。
圖3. 公眾參與的在線視覺游戲“找貝母”
以上結果表明，人類的采挖活動很可能驅動了偽裝在梭砂貝母中的進化。采挖者并不在意貝母的色彩，但他們的搜尋和采挖過程卻影響了植物的色彩進化。這一例子暗示，人類活動正在以自己都無法預見的方式影響野生生物的進化。
雖然梭砂貝母已足夠“聰明”，但研究者推測，在利益的驅使下，再高明的偽裝也躲不過人類的高強度搜索。如今，許多群體的貝母已經越來越少見。研究者在此呼吁大家，求助現代醫學，減少對野生生物資源的過度采集。
研究成果以“Commercial harvesting has driven the evolution of camouflage in an alpine plant”為題在國際生物學領域頂級期刊Current Biology在線發表。牛洋博士為論文第一作者，Martin Stevens教授和孫航研究員為通訊作者。該研究得到中國科學院青藏高原二次科考、戰略性先導科技專項、國家自然科學基金、中科院青促會、云南省科技廳及中國科技廳項目的資助。
作者單位：中國科學院東亞植物多樣性與生物地理學重點實驗室