他是兰大“蚁人”
在兰州大学的一间宿舍里,阳光透过窗户洒在一张堆满书本和实验器材的桌子上。这里的主人——兰大“蚁人”廖竞康,正在进行一项独特而又充满挑战的实验——养蚂蚁。这些小小的生物在他的眼中不仅仅是昆虫,更是科研道路上的伙伴。他相信,通过对蚂蚁生活习性的深入研究,可以揭示出自然界的更多奥秘。在这个宿舍里,蚂蚁们构建起自己的王国,而他也在这个微小的世界里,探寻着科学的无穷魅力。
沿着弯弯曲曲的公路延伸向西北深处,在辽阔国土的西侧,绿色的海洋泛起独特的粼粼波光,牛羊连成片,自然无声照拂着这里所有的生灵,这里是青藏高原的高寒草甸。身处无边无际的绿色海洋之中,身边随风闪烁的星点斑斓,那是青藏土地上的格桑梅朵。举目远眺,目光所及之处,远处连绵起伏的山脉被冰川装点得晶莹剔透,雪峰或没入成团的云雾中,或岿然耸立,直达天宫。
海北八月美景
海北九月雪山
龙胆科 线叶龙胆 Gentiana aristata
龙胆科 麻花艽 Gentiana straminea
菊科 紫菀 Aster diplostephioides
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蔚蓝而没有一丝斑驳的天空中,夕阳西斜,这是一天中阳光最柔和的时分。柔和的光芒轻抚着这里的每一座山峦,每一头牛羊,每一株草木,伸出双手感受自然的温暖与柔和。刻钟时间,便化作天边火热的霞,让人不禁感叹余晖的美艳与时光的流逝。忽然一阵冷风席卷,天边一片乌云袭来,落日余晖与雷鸣暴雨出现在同一个时空中,一端凶猛冰冷,一端温暖柔和,组合成青藏高原上的壮丽奇景。雨雾过后天空恢复清明,蓝黑色的天幕闪动着点点星光,一切都归于平静,伴随着稀薄的空气,能静听到来自高原的绕梁幽歌。
海北站八月的黄昏
海北站三月的傍晚
草地农业科技学院贺金生教授团队的直博生廖竞康,就是其中一位科研初学者,在这青藏高原的高寒草甸之中,用科学的方法,尝试摸索着这片土地运转亿年的生命规律。
青藏蚂蚁
青藏高原,有世界“第三极”之称,是全球对变暖最敏感的陆地生态系统之一。青藏高原占国土面积的1/4,不仅是气候变暖最为敏感的地区之一,同时也是饲草供给的优质牧场,为牛羊供给优质牧草。青藏高原承载着无数生命的同时,也是当地牧民赖以生存的天然草场。在青藏高原的东北边缘,伫立着有着40年历史的国家级实验站——青海海北高寒草地生态系统国家野外科学观测研究站(后文简称海北站)。海北站具备3400米的海拔和广袤无垠的高寒草甸,是研究青藏高原生态系统响应气候变暖的优良场所。
海北站正是廖竞康工作主要依托的科研平台。
青海海北高寒草地生态系统国家野外科学观测研究站航拍图
青海海北高寒草地生态系统国家野外科学观测研究站站内
在高寒草甸上,蚁巢几乎无所不在。蚁巢大小各异,有的是庞大的蚂蚁帝国,有的是刚兴起的小小庇护所。草甸上的一座座堡垒,那是蚂蚁们赖以生存的居所,同时这些蚂蚁也无时无刻不在改变着整个草甸生态系统。辛勤的工程师们在筑巢过程中,不断搬动土壤和枯叶碎片,改变着土壤的结构和性质。蚂蚁没有普罗米修斯带来的火种,但同样能利用枯枝落叶提供热量。大量凋落物被搬进这些堡垒之中,凋落物的分解提供了热量,为蚂蚁们提供过冬过夜的温度保障。凋落物分解同时也让蚁巢的土壤蕴含着更高的养分。温度和土壤养分的改变,也间接影响了植物群落组成,形成独特的景观。
满凹头蚁蚁丘
新生满凹头蚁蚁丘
蚁巢在青藏高原高寒草甸上处处可见,国内外许多草地上都能观察到隆起的蚁巢存在。它们虽然不是同一种蚂蚁,但在大自然中起着相似的功能和作用。通过觅食和筑巢等活动,蚂蚁与植物、动物、微生物和环境不断相互作用,参与多个生态系统过程,形成复杂的交互网络。随着气候不断变暖,这些小生命的生存也不断受到影响。然而,尽管蚂蚁具有如此重要的地位,且受到气候变暖的显著影响,但由于研究的技术困难,对蚂蚁如何响应青藏高原的迅速变暖仍存在关键的知识空白。
2020年,这位兰大学子,踏入了这片土地,发现了值得研究的科学问题,并在高寒草甸上,真正开始了他的科研之旅,那一年他22岁。
遇见蚂蚁
2020年末,廖竞康还在念本科四年级。他在网上无意间发现了可以将蚂蚁当作宠物来饲养。一时兴起之下,他也开始尝试饲养蚂蚁。这并不是一件容易的事情:养好蚂蚁除了严格控制温湿度以外,还需要了解它们的习性、食性和行为。于是,他开始大量学习和蚂蚁相关的知识。因为有着本科生命科学专业的底子,他开始通过E O Willison的著作和专业文献了解蚂蚁的行为和生理特征。逐渐地,他开始尝试饲养不同种类(不同物种)的蚂蚁,观察不同蚂蚁的性格和行为。
最大规模时,他同时饲养了13种不同的蚂蚁,“这是我个人的最高纪录!”他非常骄傲地说。
根据廖竞康的描述,能感受到,小小的蚂蚁,也会有它们的喜乐悲欢:
你能看到它们收获食物返回巢穴时的轻快步履。当一只玉米毛蚁(Lasius alienus)突然发现食物时,它会毫不犹豫地开始大快朵颐。如果你觉得它只顾着自己吃饱,那就错怪它了。蚂蚁吃进肚里的食物,是可以被分享给其他工蚁或是蚁后,这种分享食物的行为被称为交哺。在外面吃饱喝足的蚂蚁,会迈着轻快的步伐,以最快的速度返回巢穴,将食物分享给留守在家的亲人们。一只工蚁能运输的食物是非常有限的,吃剩下的食物还留在原地。而此时在蚁巢内,被分享到食物的同伴们立即展开行动,循着留下的信息素,精准地向着食物出发。也因此,某种程度上说,蚂蚁的感官比人类要更加先进:没有地图定位,你可能很难找到好友昨晚去过的餐馆。
玉米毛蚁工蚁取食糖水 Lasius alienus
红头弓背蚁工蚁交哺过程 Camponotus singularis
你也能看到它们守护巢穴时的紧张万分。当蚂蚁和人类生活在同一个屋檐下,人类小小的一个动作可能都是蚂蚁世界的七级地震。声音、震动、气味和气流,都有可能是蚁群感受到威胁的原因。廖竞康一开始饲养红胡须蚁(Pogonomyrmex barbatus)时,它们只有1只蚁后和6只工蚁。显然,这是一个非常稚嫩和脆弱的蚁群,此时的它们是非常胆小的。每当蚂蚁们被打扰时,工蚁会用腹部有规律地捶击蚁巢壁,这是属于蚂蚁们的警报。这样类似的扰动如果频繁出现,蚂蚁就会放弃繁殖,蚁群也不会扩大,饲养也就算失败了。因此,一个安静的、相对隔离的环境,是照顾蚂蚁必不可少的条件。但其实,蚂蚁也是一种“仗势欺人”的昆虫:当一个蚁群只有不到100只蚂蚁时,任何一个震动都可能激发蚁巢内的混乱;然而,当蚁群规模扩大到真正的蚂蚁帝国水平时,蚂蚁们便不会对普通的扰动产生反应,甚至会对扰动的来源摆出反击姿态。
红胡须蚁蚁后和三只工蚁正在哺育幼虫
Pogonomyrmex barbatus
你还能看到“有洁癖”的蚂蚁们。在饲养野蛮收获蚁(Messor barbarus)时,死去蚂蚁的身体会在48小时内挥发油酸。其他工蚁感受到油酸的信号,就会将死去的同伴搬出巢穴,放在同一个位置,这里是他们的垃圾站。无论是死去的工蚁还是吃剩的食物,它们都会将其搬离巢穴,整齐划一地堆积在同一个位置。进化出这样的行为,降低了疾病感染和寄生生物传播的概率,保障了蚁群的繁衍。也正因此,野蛮收获蚁可以说是非常让人省心,几乎不需要为他们更换干净的蚁巢,只需要清理掉它们堆好的垃圾即可。
野蛮收获蚁兵蚁及工蚁正在围猎 Messor barbarus
双齿多刺蚁工蚁惊人的攀爬能力 Polyrhachis dives
猎镰猛蚁工蚁驻守巢穴 Harpegnathos venator
费氏弓背蚁蚁后及一旁的工蚁
聊起蚂蚁,廖竞康仿佛有聊不完的话题和说不完的蚂蚁种类。他说,想要了解一种生物,就至少了解它们生活史的每个部分,从生物的行为和反应中会感受到生命的智慧,而后就会愈发地对自然产生敬仰之情。随后他聊起了他去到青藏高原以后的经历。
走上高原
进入研究生阶段,廖竞康加入了草地农业科技学院贺金生教授的团队,也开始了自己正式的“蚁人”之旅。
当他第一次来到高寒草甸时,地表突起的蚁丘立即吸引了他的目光。“只需要在草甸上走上20步,就能路过3、4个大小不一的蚁丘。自然条件下,如此之高的蚁巢密度着实让我吃了一惊。当我驻足蹲下,就看到满凹头蚁(Formica manchu)正在不断向蚁巢中搬运种子、昆虫残体或是凋落物,勤勤恳恳,忙忙碌碌。我不禁好奇蚁巢内的结构,当用手指伸入蚁丘中时,我立刻就后悔了。工蚁们立刻快速移动起来,顺着我的手指开始往上攀爬,并张开上颚发起攻击。针扎一般的刺痛传来,我立刻快速甩动手掌,但仍有几只倔强的工蚁不肯松口。将手指抽出蚁巢后,手指上仍带有刺激性极强的酸臭味,是工蚁释放的蚁酸。这是凹头蚁们的化学武器,也是它们抵御牛羊的主要手段。我不敢再冒犯它们的领地,就静静地看着它们的反应。小家伙可不会示弱,张开上颚,朝着我耀武扬威。凶悍,是我对它们的第一印象。”
当时间来到9月中下旬,当雨后阳光照射在草甸上,无数的雌蚁和雄蚁便纷纷离开巢穴,飞在空中完成交配。此时草甸上属于蚂蚁的生命之歌开始回荡,整个草甸上多出了许多会飞的昆虫,恼人的嗡嗡声是它们的婚礼进行曲。曲毕,就产生出一只只新的蚁后,不久之后成为一个个新的蚁群。
满凹头蚁工蚁向入侵者示威 Formica manchu
满凹头蚁雌蚁正准备婚飞 Formica manchu
很多人只知道满凹头蚁这种红蚂蚁,但是如果拨开禾草,还会有一种小小的可爱土丘会出现在面前。光亮黑蚁(Formica candida),它们可是土壤作业的行家,用周围的松散土壤当作材料,在草丛中创建着属于它们自己的小小王国。同样是在地表以上筑巢,光亮黑蚁就没有了凹头蚁的勇猛。稍微给蚁巢一点扰动,它们会立刻四散逃开,丝毫没有抵抗,逃跑也是一种生存的策略。“我正好目睹过牦牛在雨后踩坏了它们的巢穴,工蚁们用上颚提溜着巢内的幼虫,快速逃离。三十年河东,三十年河西,信息素会引领他们前进的方向,并在不远处搭建新的巢穴。随着蚂蚁帝国的发展和季节的变化,光亮黑蚁会继续发展他们土壤工程的优势,将蚁巢全部转移到地下。”
光亮黑蚁巢穴被牦牛踩踏后正在搬家Formica candida
“在青藏高原上还有一些蚂蚁,比如科氏红蚁(Myrmica kozlovi)和吉市红蚁(Myrmica jessensis)也会将巢穴建立在地下。生活在同一片区域,但它们的个体大小仅有满凹头蚁的二分之一,如果不仔细观察,会很容易忽略它们。作为切叶蚁亚科(Myrmicinae)的蚁种,它们并不能如芭切叶蚁(Atta spp.)切割植物组织,在地下温暖潮湿的巢穴内种植真菌为食;也不像收获蚁属(Messor spp.)能排队搬运种子,并以种子为主要食物。红蚁属(Myrmica spp.)的蚂蚁多为捕食性蚂蚁。对于它们的深入研究还尚待开展,这些知识的空白说不定也会成为未来研究的方向,这很令人期待。”
聊起自己的研究生生活,廖竞康如是说到,“老师教导我们去思考:青藏高原是我们的研究区,更是国家的战略要地。在严峻的气候变化下,青藏高原生态系统究竟会做出哪些响应,这关系到高山生态系统的保护,也关系到当地牧民的福祉。自然面前,需要研究的课题是无限的。我会在贺老师的指导下,努力为青藏高原草地生态贡献自己的一份力量。”
将有限的精力投入到无限的工作生活中去
除了学习工作,廖竞康的兴趣爱好比较广泛,特别热爱运动,曾代表兰州大学参加第四届甘肃省大运会,并陆续参加了四届甘肃省“高校杯”乒乓球比赛,均取得优异成绩。在日常生活中,他每周至少要保证两次的体育运动,每次运动时间在1-2个小时。
他始终认为“坚持适量的运动永远不是时间消耗,不是学习的阻碍,只会是身体保障,带给我们更高的效率投入到学习工作中去。”每次的体育锻炼都可以调节他的紧张情绪,改善生理和心理状态,恢复体力和精力,积极的休息比放纵更能让身体和精神得到充分的放松。运动同样也让他收获了更多的朋友,“与不同的人交流,能让我更多地学习到自己生命线里学习不到的经验”,因此他一直非常在乎自己的社交关系。
除此之外,廖竞康是一个乐观开朗的人。面对实验失败,廖竞康始终保持着乐观的心态,“从哪里跌倒就从哪里爬起”,即便实验失败了,他也会及时调整自己的心态,以更加饱满的状态来做新一次的实验。不仅在实验上,作为科研的叩门者,阻碍重重才是常态。他印象最深刻的一件事是,在他第一篇文章撰写的后期,一张图反复修改了18个版本,才达到令人满意的效果。这也让他明白了科研工作是非常严谨的,是需要反复打磨的。
在贺金生教授的指导下,在研究组中他得到了正规的科研训练。在和贺老师的一次次接触中,廖竞康意识到一位科学家应该具备如何充足的知识体量,和对自身的严格要求。前辈老师们,既是他引路的灯塔,也是激励他不断前进的动力。在不断地学习中,廖竞康了解到青藏高原区域的独特性和重要性,也逐渐学习到更多生态系统如何响应全球气候变化的前沿科研成果。因此,他也才有机会逐渐将兴趣转变成科研工作的一部分,“能在博士这个阶段,发表一篇小的观点性文章,很感谢草科院和国重实验室,特别感谢贺老师、卢明镇老师和井新老师的倾力指导和培养”。
面对青藏高原、无人区等恶劣环境的考验,廖竞康从没想过放弃,“因为我一直有很浓厚的兴趣,也有自己的理想和目标。我就想着要把工作做好,也期待着自己能在学术上做出自己的一点贡献。”
忙碌、疲惫以及对任务能否完成的担忧困扰着廖竞康。但不服输的廖竞康把这些当成了“必经路”,在他看来,每一个成功的课题可能都要经历这样一段历程,“在这非线性的人生里,不忘初心,得意时淡然,失意时坦然”。
他认为,蚂蚁是他终生的兴趣,但目前只是他阶段性的一个科研课题,未来(包括博士毕业论文内容),他会将工作重心放在高寒草甸植物根系的研究工作中。虽然改变的是课题,但不变的是他对科研的热爱,和对待生活的看法:“将有限的精力投入到无限的工作生活中去”。
欢迎对此感兴趣的老师和同学,来到青海海北高寒草地生态系统国家野外科学观测研究站交流和观察(VR全景展示:https://grassvr.lzu.edu.cn/)
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相关补充
廖竞康,男,2021级直博生,本科兰州大学生命科学学院,现为草地农业科技学院博士生,贺金生研究组团队成员。
单位:兰州大学草地农业科技学院,草种创新与草地农业生态系统全国重点实验室。
博士论文研究方向:基于DNA barcoding技术探索长期气候变化对植物地下根动态的影响。
研究成果:Jingkang Liao, Mingzhen Lu*, Huijie Gu, Binyu Luo, Xin Jing, Jin-Sheng He, Warming-induced shifts on Tibetan Plateau the overlooked ants and their eological impacts, Landscape Ecology, 2023:1-10.
Binyu Luo, Mei Huang, Wenyin Wang, Jiahuan Niu, Mani Shrestha, Haijun Zeng, Lin Ma, A. Allan Degen, Jingkang Liao, Tao Zhang, Yanfu Bai, Jingxue Zhao, Lauchlan H. Fraser and Zhanhuan Shang, Ant nests increase litter decomposition to mitigate the negative effect of warming in an alpine grassland ecosystem, Proc. R. Soc. B., 290:20230613.
研究地点:青海海北高寒草地生态系统国家野外科学观测研究站(VR全景展示:https://grassvr.lzu.edu.cn/)
海北站研究区实验样地蚂蚁物种:
1.满凹头蚁(Formica manchu)
特点:在高寒草甸丰度极高。
2.光亮黑蚁(Formica candida)
特点:分布广泛,不仅仅在青藏高原上分布。
3.科氏红蚁(Myrmica kozlovi)
4.吉市红蚁(Myrmica jessensis)
内容来源|党委宣传部(融媒体中心)
采访 | 门书娴
文字 | 门书娴 廖竞康
图片|廖竞康
编辑|门书娴
责编|李晖
审核|法伊莎
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