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成都海归以匠心耕耘科研前线

2021-01-21 09:37 来源: 蓉城同心 作者: liuxuehr

大熊猫已在地球上生存了至少800万年,被誉为“活化石”和“中国国宝”,他们长着食肉的牙齿和肠胃,却独爱吃竹子,曾一度被人们趣称为“百万年之谜”。2018年2月,一篇名为《年龄相关的宏基因组数据显示大熊猫不靠纤维素生活,而靠半纤维素生活》的研究结果发表于国际一流学术期刊《The ISME Journal》(中文译名:《国际微生物生态学会会刊》)上,为人们揭开了大熊猫食竹之谜,牵头该研究项目的正是成都欧美同学会常务理事、文体旅专委会副主任委员,成都大熊猫繁育研究基地研究员张文平。

立志科研 实现从中学教师到研究员的蜕变

1996年7月,张文平从重庆师专生物系毕业后,回到家乡四川省蓬安县,在城北初级中学担任教师。那时候他经常想:“我的兴趣爱好是科学研究,我应该追寻我的科研梦想。”于是他决定静下心来,利用别人打麻将、喝酒聊天的时间,一头扎进了复习考研之中。2002年,张文平终于如愿以偿考取了四川大学生命科学学院研究生,师从我国动物学界的著名动物学家岳碧松教授和大熊猫之父张志和研究员,正式开始了漫漫科研之路。2008年,由于对大熊猫等濒危动物的热爱,张文平正式加入成都大熊猫繁育研究基地,成为拯救濒危动物科研大军中的一员。漫漫科学研究之路充满着未知与孤独,但张文平从未被外界的嘈杂声所影响,他总是以一种沉稳严谨的态度对待大熊猫等濒危动物的研究。作为科研项目的具体负责人,从科研任务的提出、具体分析路线的执行、实验样品的收集分析,到文章的写作和投稿,张文平总是亲力亲为,参与和把控每个细节。

远赴美国 只为追梦科学高峰

努力攀登科学高峰始终是张文平的梦想和初心。为了提高科研学术水平,在国家留学基金委的资助下,张文平于2012年9月远赴美国,开始了在加州大学洛杉矶分校生态和进化生物学系一年的访学。作为世界级的名校,加州大学洛杉矶分校浓厚的学术氛围深深地吸引了张文平。在这里,他接触到了世界顶尖的进化生物学家和种群遗传学家,开阔了眼界,尤其是其访学导师Robert Wayne教授严谨的治学理念、渊博的学识深深地影响着他。为了充分利用好有限的访学时间,张文平放弃了很多休息时间,埋头扎根实验室贪婪地学习,专心地进行科学研究。尽管美国优美的自然风光、繁华的都市生活深深地吸引着他,但是张文平并未沉迷于此,而是醉心科学研究,发掘濒危动物的未知秘密。利用在美国的访学时间,张文平分析了中国藏狼适应高海拔低氧环境的分子机理,并参与分析了世界范围内狼的遗传结构和进化历史,相关结果发表在国际遗传著名学术期刊《PLOS GENETICS》及《GENOME RESEARCH》上。

不畏艰辛 几年如一日执着技术更新和样本采集

大熊猫长着食肉的消化道却为什么独爱竹子?如何入手开始大熊猫的“食竹”课题研究?张文平介绍说:“2008年底,成都大熊猫基地与上海交大赵立平课题组成立大熊猫肠道菌群研究项目。当时我没有接触过菌群研究,在赵立平教授的悉心指导下,我掌握了最先进的微生态研究手段和方法。2015年,成都大熊猫基地和赵立平课题组合作完成了一篇大熊猫肠道菌群文章,发现大熊猫的菌群结构和熊比较接近,很少含有纤维素菌。” 此后,张文平把研究的重点放在大熊猫为啥要吃竹子上,并继续挖掘大熊猫肠道中的重要菌群和基因,从菌群发育的角度分析了大熊猫肠道菌群的动态变化规律。该项工作前后共花费了7年多时间,其中样品采集工作就花费了4年多时间。张文平介绍说:“大熊猫是珍稀濒危动物,对其做科研的同时还不能伤害大熊猫,能用的样品只能是粪便、尿液等非损伤性样品或者是伤害很小的血液、毛发样品。粪便是解密大熊猫食竹之谜很好的材料,因为其新鲜粪便中保存有大熊猫肠道菌群,分析这些菌群的功能可以反映大熊猫肠道微生物是否能降解纤维素。我们这项研究需要跟踪采集同一只大熊猫从出生一直到2岁左右的粪便样品。4个月到1岁的大熊猫粪便样品很难收集,因为这段时间大熊猫还是以奶作为主食,它们有时10多天都不排便,很难收集到新鲜粪便样品。我们前后共收集有20多只大熊猫从出生到2岁的样品,最后经过整理只有12只大熊猫在各时间段都有样品,也就是共收集了1000余份样品,最后用于研究的只有332份。” 谈到调研过程中取样以外的困难时,张文平说:“常说‘一招鲜,吃遍天’,这对于我们的工作来说根本用不上,终身学习是每个科技工作者的必备技能。在研究过程中,通过不断更新肠道菌群研究的方法和手段,不断接收和消化新的技术,我们终于完成了该项研究。”

大功告成 破解熊猫食竹之谜

功夫不负有心人,张文平课题组终于系统解析了大熊猫肠道菌群发育过程,为大熊猫食竹之谜提供了参考材料,该项工作的标志性成果发表在国际微生态领域的旗舰期刊《The ISME Journal》上,结果揭示大熊猫并不能从纤维素中获取必须的能量,而主要通过竹子中的淀粉、半纤维素、果胶等获取能量。张文平解释说:“我们通过研究发现,大熊猫刚出生时是完全吃奶的,当生长到半岁以后才开始接触竹子,直到1岁左右它的粪便中才能发现竹子。如果大熊猫能降解纤维素,那么1 岁以后的大熊猫肠道中降解纤维素的基因数量和菌群数量应该比刚出生时要高,但我们的结果显示这一假设并不成立,而2岁左右的大熊猫肠道中降解半纤维素和淀粉等基因的数量却比刚出生的要多。因此,我们认为大熊猫并不能从竹子纤维素和木质素中获得能量,主要是从半纤维素和淀粉等容易消化降解的碳水化合物中获得能量。” 张文平还解释说:“根据我们这些研究和其他研究者的数据,我们认为大熊猫选择竹子作为主要食物的原因有三:第一,在野外,相对于其他食物来说,竹子分布广泛,容易获得,与大熊猫进行抢食的竞争者少。第二,相对于其他木本植物,竹子中含有浓度相对较高的淀粉。第三,竹子不同部位随四季的变化其淀粉含量亦随之变化,大熊猫总是选择取食竹子中淀粉含量高的部位。竹子中淀粉和半纤维素含量最高的是竹笋,同时每年有两季竹笋。每当竹笋发生的季节,也是大熊猫发情和生儿育女的季节,在这个季节,大熊猫就优先选择取食竹笋。竹笋中的高含量淀粉和半纤维素可以为大熊猫发情及生儿育女补充体力、增加体重。”

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