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動物的食譜，糞便知道
食性研究其實是動物生態學的重要內容之一，是了解動物與環境關係及捕食者與獵物關係的前提，同時也是構建棲息地選擇和利用模型、探討取食對策和營養流動、評估物種生存狀況和生態係統功能等熱點問題的基礎。食性分析方法的準確性和精確性直接關係到食性相關理論的探索，同時也關乎食性結果應用於動物保護的實踐。研究者對食性相關問題的研究越來越深入，食性分析方法也在不斷改進和更新。傳統食性方法，大多基於形態學鑒定、光譜結構差異或同位素原理，解決了很多與食性相關的生態學問題，但由於受到技術和適用範圍的限製，這些方法還存在一些不足【1】。
我們雖然沒有時間和精力一直盯著他們觀察，很難直觀的看見他們吃了什麽。不過隨著科學技術的發展，我們也不需要那麽近距離的觀察，也不需要當場就看見，而隻需要“撿屎”就能反映食物在消化係統的“簡史”。想知道便便是怎麽出賣了“個人信息”的，我們得先了解一坨糞便中都包含哪些成分（圖2）。
食物的殘渣很好理解，很多動物毛皮和一些很難消化的成分，很多動物的糞便中都會有寄生蟲的蟲卵，很多時候可以根據這個來判斷野外動物的疾病和健康狀態。另外還有很多代謝產物，大部分都是腸道微生物代謝產生的，目前研究比較火熱的腸道微生物也是和代謝相關的。最後當然還有最關鍵的信息，那就是DNA，因為糞便中會有動物的腸道上皮細胞（太用力估計會殘留的更多。。。）以及細菌，真菌等微生物，所以會有他們的DNA集合，但是由於糞便的化學成分非常複雜，DNA會很快產生降解，也就是說我們能通過提取得到的DNA都是比較碎的片段。但是這並不妨礙我們通過特定的DNA片段來檢測我們想要獲得的信息。
在前麵的一期文章中，我介紹了DNA 條形碼（假如給物種貼上條形碼【2】）的概念，就是利用一段特定的DNA片段就可以識別物種，所以我們根據糞便樣品中殘留的DNA，經過PCR和測序，就可以知道裏麵存在什麽物種，也就是說可以還原它們的食譜。具體來講基於高通量測序分析動物食性的基本流程是:提取食性樣品中食物殘渣的 DNA→選擇兼備高通用性和 高分辨率的 DNA 條形碼引物→PCR 擴增(引物可加相應的寡核苷酸標簽)→高通量擴增子測序→獲得 DNA 序列→生物信息學分析(序列篩選、比對、判定)→判斷食性樣品中各個 DNA 序列所對應的食物種類【1】。
我們就拿雪豹作為一個例子來看看這種方法的研究結果。2009年，山水自然保護中心與北京大學自然保護與社會發展研究中心開始長期的雪豹物種及棲息地的研究和保護工作。撿拾雪豹的糞便樣品就成了他們工作中重要的組成部分，通過他們的研究，發現雪豹最常捕食的動物為岩羊、北山羊和旱獺。至於旱獺，則以其群聚數量多、行動緩慢極易捕捉，且肉質鮮嫩肥美多汁獲得了雪豹主子的青睞，成功擠入雪豹主子的主食名單。唯一美中不足的是，旱獺有冬眠的習性，因此準確來說，旱獺屬於雪豹主子的“春夏秋特供”。除此之外，在食物匱乏的時期，雪豹會直接衝到山下的牧民家搶犛牛、綿羊和山羊吃。雖然食用量僅占總捕食量的4%左右，但也給它的牧民鄰居家造成了極大的經濟損失，也因此遭到了的強烈抗議。這一部分目前占捕食總量的10%左右。而他們的最新研究成果中還發現除了肉類殘渣，檢測到了相當數量的檉柳科植物的殘骸，但豹主子為啥還要吃植物還有待研究，不知道是在吃主食食草動物的時候順便吃進嘴裏的，還是也追趕個潮流平衡膳食往自己的食譜裏加點粗纖維，防止“便秘”？這需要進一步的研究才會知道【3】。所以通過高通量測序的技術手段我們可以輕易獲得食物的信息，可以描繪出整個食物鏈的網絡，及其雪豹食物隨著季節的改變。這為雪豹的保護，解決人獸衝突問題供了基礎的依據。
當然，這種通過DNA的方式檢測物種來源的方式並不是完美的，其中也存在很多問題，比如樣品的降解問題，汙染問題，以及PCR的偏向性問題都會導致結果的不準確【4】。另外，如果選取的DNA條形碼精度沒那麽高，可能會得到一些物種隻能知道是屬於哪個科的或者是哪個屬的，不能確定到物種的級別。目前，世界上絕大多數動物的食性，現在還處於較為粗略的定性描述階段，隨著高通量測序技術成本降低，期待更多的動物學家利用該技術分析食性，整合食性結果去解釋一些更加複雜但又富有意義的問題，比如，探討熱帶草原動物的食物來源隨季風變化的變化；動物捕食和植物種子傳播的關係等等。相信通過高通量測序技術可以為我們提供更加廣闊的研究視野，對我們人類與自然的相處關係有更加深刻的認識。
參考文章：
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動物的食譜，糞便知道
每天困擾我們的三大難題：早上吃什麽，中午吃什麽，晚上吃什麽。還有鏟屎官們要擔心給自家的寵物吃什麽的問題，不過不用擔心，購物網站種類齊全的貓糧狗糧隨你選，一鍵下單，主子不喜歡，沒問題咱就換唄！可是我們要想知道野生動物的食譜那就沒那麽簡單了。比如你要研究野外的田鼠都吃什麽，吃哪些農作物，找個人蹲點守著，emm，好像不太可能，抓一隻解剖來看看？好像還可以。不過要是研究比較珍稀的物種呢，他們的活動範圍很廣，行蹤又飄忽不定呢？比如像雪豹這種生活在無人罕至的地方的珍稀瀕危物種 （圖1）。傳統的觀察法就無能為力了。
圖1， , (圖片來源：China daily)
食性研究其實是動物生態學的重要內容之一，是了解動物與環境關係及捕食者與獵物關係的前提，同時也是構建棲息地選擇和利用模型、探討取食對策和營養流動、評估物種生存狀況和生態係統功能等熱點問題的基礎。食性分析方法的準確性和精確性直接關係到食性相關理論的探索，同時也關乎食性結果應用於動物保護的實踐。研究者對食性相關問題的研究越來越深入，食性分析方法也在不斷改進和更新。傳統食性方法，大多基於形態學鑒定、光譜結構差異或同位素原理，解決了很多與食性相關的生態學問題，但由於受到技術和適用範圍的限製，這些方法還存在一些不足【1】。
我們雖然沒有時間和精力一直盯著他們觀察，很難直觀的看見他們吃了什麽。不過隨著科學技術的發展，我們也不需要那麽近距離的觀察，也不需要當場就看見，而隻需要“撿屎”就能反映食物在消化係統的“簡史”。想知道便便是怎麽出賣了“個人信息”的，我們得先了解一坨糞便中都包含哪些成分（圖2）。
圖2. 動物糞便的組成成分
食物的殘渣很好理解，很多動物毛皮和一些很難消化的成分，很多動物的糞便中都會有寄生蟲的蟲卵，很多時候可以根據這個來判斷野外動物的疾病和健康狀態。另外還有很多代謝產物，大部分都是腸道微生物代謝產生的，目前研究比較火熱的腸道微生物也是和代謝相關的。最後當然還有最關鍵的信息，那就是DNA，因為糞便中會有動物的腸道上皮細胞（太用力估計會殘留的更多。。。）以及細菌，真菌等微生物，所以會有他們的DNA集合，但是由於糞便的化學成分非常複雜，DNA會很快產生降解，也就是說我們能通過提取得到的DNA都是比較碎的片段。但是這並不妨礙我們通過特定的DNA片段來檢測我們想要獲得的信息。
在前麵的一期文章中，我介紹了DNA 條形碼（假如給物種貼上條形碼【2】）的概念，就是利用一段特定的DNA片段就可以識別物種，所以我們根據糞便樣品中殘留的DNA，經過PCR和測序，就可以知道裏麵存在什麽物種，也就是說可以還原它們的食譜。具體來講基於高通量測序分析動物食性的基本流程是:提取食性樣品中食物殘渣的 DNA→選擇兼備高通用性和 高分辨率的 DNA 條形碼引物→PCR 擴增(引物可加相應的寡核苷酸標簽)→高通量擴增子測序→獲得 DNA 序列→生物信息學分析(序列篩選、比對、判定)→判斷食性樣品中各個 DNA 序列所對應的食物種類【1】。
我們就拿雪豹作為一個例子來看看這種方法的研究結果。2009年，山水自然保護中心與北京大學自然保護與社會發展研究中心開始長期的雪豹物種及棲息地的研究和保護工作。撿拾雪豹的糞便樣品就成了他們工作中重要的組成部分，通過他們的研究，發現雪豹最常捕食的動物為岩羊、北山羊和旱獺。至於旱獺，則以其群聚數量多、行動緩慢極易捕捉，且肉質鮮嫩肥美多汁獲得了雪豹主子的青睞，成功擠入雪豹主子的主食名單。唯一美中不足的是，旱獺有冬眠的習性，因此準確來說，旱獺屬於雪豹主子的“春夏秋特供”。除此之外，在食物匱乏的時期，雪豹會直接衝到山下的牧民家搶犛牛、綿羊和山羊吃。雖然食用量僅占總捕食量的4%左右，但也給它的牧民鄰居家造成了極大的經濟損失，也因此遭到了的強烈抗議。這一部分目前占捕食總量的10%左右。而他們的最新研究成果中還發現除了肉類殘渣，檢測到了相當數量的檉柳科植物的殘骸，但豹主子為啥還要吃植物還有待研究，不知道是在吃主食食草動物的時候順便吃進嘴裏的，還是也追趕個潮流平衡膳食往自己的食譜裏加點粗纖維，防止“便秘”？這需要進一步的研究才會知道【3】。所以通過高通量測序的技術手段我們可以輕易獲得食物的信息，可以描繪出整個食物鏈的網絡，及其雪豹食物隨著季節的改變。這為雪豹的保護，解決人獸衝突問題供了基礎的依據。
當然，這種通過DNA的方式檢測物種來源的方式並不是完美的，其中也存在很多問題，比如樣品的降解問題，汙染問題，以及PCR的偏向性問題都會導致結果的不準確【4】。另外，如果選取的DNA條形碼精度沒那麽高，可能會得到一些物種隻能知道是屬於哪個科的或者是哪個屬的，不能確定到物種的級別。目前，世界上絕大多數動物的食性，現在還處於較為粗略的定性描述階段，隨著高通量測序技術成本降低，期待更多的動物學家利用該技術分析食性，整合食性結果去解釋一些更加複雜但又富有意義的問題，比如，探討熱帶草原動物的食物來源隨季風變化的變化；動物捕食和植物種子傳播的關係等等。相信通過高通量測序技術可以為我們提供更加廣闊的研究視野，對我們人類與自然的相處關係有更加深刻的認識。
參考文章：
- 劉剛, et al. "高通量測序技術在野生動物食性分析中的應用." 生態學報 38.9 (2018): 3347-3356.
- https://www.plfstb.com/knowledge-detail/i-1294.html
- JORDAN M. Dietary analysis for mammals and birds: a review of field techniques and animal‐management applications [J]. International Zoo Yearbook, 2005, 39(1): 108-16.
聽說，打賞我的人最後都找到了真愛。
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