城市化梯度下大山雀抑制控制能力的遗传与环境驱动机制研究

本研究针对城市化进程中野生动物认知能力演化的关键科学问题，通过整合野外观察、共同花园实验和全基因组关联分析(GWAS)，系统评估了大山雀(Parus major)抑制控制能力的表型变异及其遗传基础。研究发现城市与森林种群在运动绕行任务中表现无显著差异，但揭示了该认知性状具有中等可重复性(R=0.35-0.38)和潜在遗传力(h2=0.16-0.28)，并鉴定出5个与错误次数相关的SNPs，其中SYNGR3和HINFP基因与神经递质系统相关。这项发表于《Animal Cognition》的工作为理解认知性状的 urban evolution 提供了首个实证案例。

　　

随着全球城市化进程加速，野生动物面临前所未有的环境挑战。城市生态系统作为"人类世"的典型生境，正在重塑动物的行为与认知模式。尽管已有研究表明城市动物往往表现出更强的创新能力和问题解决技巧，但关于认知性状能否在自然选择作用下发生适应性演化这一根本问题，科学界仍存在重大知识缺口。特别是抑制控制(inhibitory control)这种关键认知能力——即抑制本能反应以应对新挑战的能力——其遗传基础和在城市化压力下的演化潜力尚未在野外种群中得到系统研究。

法国蒙彼利埃大学等机构的研究团队以大山雀为模式生物，沿城市化梯度展开了一项多维度研究。通过比较393只野生个体和73只实验室饲养个体的运动绕行任务表现，结合定量遗传分析和基因组学手段，首次揭示了抑制控制能力在城市化背景下的演化格局。该研究发表在《Animal Cognition》期刊，为理解认知性状的微进化机制提供了新视角。

研究采用三项关键技术方法：(1)标准化运动绕行任务评估抑制控制，记录错误次数和逃逸延迟；(2)共同花园实验控制环境变异，比较城市与森林来源个体的认知表现；(3)基于RAD测序的基因组分析，包括构建混合亲缘矩阵(Hmatrix)估计遗传力，以及全基因组关联分析鉴定相关SNPs。样本来自法国蒙彼利埃城市及周边森林的长期监测种群。

【Wild errors】野外种群分析显示，城市与森林大山雀在绕行任务中的错误次数无显著差异(CI跨零)，但存在城市个体犯错较少的趋势(pdirection=0.84)。任务表现具有中等个体可重复性(R=0.38)，表明存在稳定的表型变异。动物模型估计遗传力h²=0.28，但置信区间较宽(<0.001-0.45)。

【Common garden errors】实验室饲养的 urban 和 forest 来源个体在错误次数上无差异，排除了逆向梯度变异(countergradient variation)的干扰。表现随测试次数改善，显示学习效应。个体可重复性R=0.35与野外结果一致。

【GWAS分析】鉴定出5个与错误次数显著相关的SNPs，分别位于13、24、23、8和14号染色体，共同解释21%的表型变异。其中14号染色体的SYNGR3基因与神经递质调节相关，24号染色体的HINFP基因参与转录调控。这些基因在人类认知功能中具有保守作用。

【讨论与意义】这项研究首次将 urban evolution 框架应用于动物认知研究，获得三个关键发现：首先，抑制控制能力未表现出明显的城市适应性分化，暗示该性状可能不是大山雀适应城市生态的关键因素；其次，中等可重复性和遗传力估计表明该性状具有演化潜力，但需要更大样本验证；最后，GWAS发现的候选基因为理解认知的分子基础提供了新线索。

研究创新性地整合了行为生态学与基因组学方法，为认知演化研究树立了新范式。特别值得注意的是，虽然城市与森林种群在表型上差异有限，但鉴定出的遗传变异为未来研究提供了分子靶点。这些发现对理解野生动物在人类世背景下的适应机制具有重要意义，也为城市生物多样性保护提供了科学依据。正如作者强调的，降低全基因组测序成本将有助于在未来更全面地解析认知性状的多基因架构。