又想到蝙蝠与SARS？我们为蝙蝠说几句话
作者：五蝠临门
最近，有媒体又提到了蝙蝠与2002年爆发的非典型性肺炎（英文名：SARS），因为蝙蝠携带类SARS病毒。于是，蝙蝠再次被妖魔化，人们谈蝙蝠色变。我们作为长期研究蝙蝠的青年学者（来自五个城市，名字附于文末），想从另外的角度为蝙蝠说几句话。
1、 在中国传统文化中，蝙蝠是福气、长寿、吉祥、幸福的象征
因“蝠”与“福”谐音，蝙蝠被人们用其形象来表示福气，将“福”字形象化。于是古代的建筑物、装饰品、门窗、家具、丝绸、瓷器、玉器、书画、衣服、鞋帽等等上面，就出现了很多蝙蝠的图案。例如，两只蝙蝠并在一起，寓意“双重福气”；五只蝙蝠称“五福临门”；童子捉蝙蝠放到瓶中，为“平安五福”；蝙蝠飞到纸上停留，是“引福归堂”，等等。其中，尤以“五福临门”最为广见。
与蝙蝠有关的吉祥图饰，也一改现实生活中蝙蝠外形丑陋、行动诡秘的形象，变得格外美观，成了接福纳祥的标志。千百年来，蝙蝠图饰备受人们的喜爱，在中国吉祥图饰中占有极为重要的地位。图饰多种多样，蝙蝠形态也各不相同，有形象化的蝙蝠，也有抽象化的蝙蝠，有的与图形相结合，有的则与文字相呼应，显得妙趣横生。
“五福临门”铜器（图片来自网络）
2、 蝙蝠是长寿明星，隐藏着人类长寿的秘诀
健康长寿一直都是人类孜孜以求的终极目标。从秦始皇派徐福出海寻求长生不老药，到现代的冰冻人，都是为追求健康长寿付诸行动的“猛男”。动物寿命往往与体型大小密切相关，大型动物的寿命通常比小型动物要长。例如，非洲象的寿命可达70年，而普通小鼠通常只能活一到三年。人类算是寿命相对较长的动物，寿命通常为其它同等体型动物的四倍。令人惊讶的是，虽然蝙蝠的体型较小，但它们却可以活得很长。有些蝙蝠的寿命可以达40年之久，是大小相似的哺乳动物8倍之多。如果能像蝙蝠一样长寿，按体积换算后，我们人类可以活240年之久。相对寿命比人类长的哺乳动物，目前科学家已证实的有19种，其中一种是长寿明星裸鼹形鼠，其它18种全部是蝙蝠。其实，很多蝙蝠物种都很长寿，在整个蝙蝠类群中，长寿可能至少独立起源了6次。最近，科研人员也对蝙蝠长寿的分子机制进行了研究，他们发现，与其它哺乳动物或短寿蝙蝠不同，长寿蝙蝠的端粒不会随着年龄的增加而缩短，并且与DNA修复相关基因和抑癌基因在长寿蝙蝠中经历了强烈的适应性选择作用。尽管目前人们对于蝙蝠长寿机制的了解并不全面和深入，但是随着新技术和新方法的介入，假以时日，科学家们一定会取得更大的突破，为人类实现健康长寿的目标提供新的理论基础。特别是，中国正逐渐步入老龄化社会，研究蝙蝠的长寿机制，为延长健康寿命提供了新的研究途径，更显得迫切和意义重大。
老寿星雕刻作品（右上角为蝙蝠）（图片来自网络）
3、 蝙蝠具有极低的患癌概率，是研究抑癌机制的明星动物
不管是从全世界范围，还是从中国国内来讲，癌症都是仅次于心血管疾病的第二大致死因素。尽管目前已经研发出了针对某些癌症类型的治疗方式，但是它们中的大部分都伴随着严重的副作用。尤其是，几乎所有的治疗方式都只对早期癌症有效，对于晚期癌症，不管医术多么高明的医生也束手无策。癌症研究的最终目标之一就是能研发出既高效又无毒副作用的治疗或预防癌症的方法。实验室常用的研究癌症的动物模型是小鼠和大鼠。这些动物寿命短，繁殖快，并且高度易感癌症，因此对于短期内模拟出不同类型的人类癌症，并试验各种治疗方式非常有用。然而，这些肿瘤易感的动物对于人们理解抗癌机制就显得无能为力了。幸运的是，在长期的演化过程中，不同动物出现了对肿瘤易感性的差异。研究人员发现，与小鼠和大鼠不同，非洲的裸鼹形鼠不但长寿，而且具有极强的癌症抗性。裸鼹形鼠的细胞能够分泌大量的高分子量透明质酸，这种物质能够有效阻止细胞的无限增殖。而无限增殖是癌细胞区别其它正常细胞的最本质特征。因此，这种机制可能是裸鼹形鼠能够抵抗肿瘤发生的关键所在。盲鼹形鼠是另外一种具有抵抗肿瘤的能力的动物，但是，它的抗癌机制与裸鼹形鼠相比存在显著的不同。当盲鼹形鼠的细胞生长到一定密度时，这些细胞会分泌大量的β干扰素，从而引发细胞的大面积死亡，最终达到控制细胞增殖过快的问题。除了裸鼹形鼠和盲鼹形鼠以外，蝙蝠也是一类具有抗癌能力的动物。科学家对蝙蝠的肿瘤发生进行了广泛调查，但是只有屈指可数的几种肿瘤，包括平滑肌肉瘤和肺肉瘤等。最近，一个大型的国际联合研究项目对亚洲、非洲和澳大利亚的蝙蝠进行了长期的、大量的、广泛的病理学研究，最终没有发现一个患癌的蝙蝠个体。这些研究提示，蝙蝠和其它长寿哺乳动物（如裸鼹形鼠和盲鼹形鼠）一样，很可能具有某些独特的未知的抑癌机理。最新研究表明，一个编码转运体的基因ABCB1会在蝙蝠体内呈现高表达的情况，显著抑制蝙蝠细胞的DNA损伤。DNA损伤是加速细胞发生癌变的主要诱因之一, 这可能是蝙蝠肿瘤发生率低的原因之一。从上面的例子可以看出，虽然这些野生动物都具有抵抗肿瘤发生的能力，但是背后的分子机制却各有不同。需要特别指出的是，相对于其它抗癌动物，蝙蝠类群具有独特的无法比拟的优势。首先，蝙蝠种类丰富，目前已经发现了有1400多种，占所有哺乳动物物种的25%以上，是哺乳动物中仅次于啮齿类的第二大目。因此，我们无法排除不同种类的蝙蝠具有不同抗癌机制的可能性。其次，蝙蝠分布范围广泛，种群数量相对较大，相对于其它抗癌动物而言，获得研究样本更加容易。最后，对蝙蝠抗癌机制的研究目前只是冰山一角，具有广大的潜在研究空间。因此，保护好蝙蝠，深入研究蝙蝠，可能会为我们加深和扩展对致癌机理的理解和认识另辟蹊径，进而帮助我们研发出治愈或抑制癌症的药物和工具。
蝙蝠具有极低的患癌概率（图片来自于网络）
4、 蝙蝠免疫功能强大，能带来人类健康的启示
天然免疫是生物体抵御病原体侵入的第一道防线，是对抗感染和维持体内环境平衡的一系列重要反应。天然免疫系统在脊椎动物中快速进化，这被认为是病原和宿主相互作用而导致的结果。目前，在蝙蝠体内发现了许多致命病毒，例如非典型性肺炎病毒、埃博拉病毒和尼帕病毒。这些病毒常常会对人类和其它哺乳动物引起严重的全身性疾病，甚至导致死亡。令人惊奇的是，与其它哺乳动物不同的是，携带病毒的蝙蝠却不会表现出明显的临床症状。
研究表明，蝙蝠天然免疫系统的组分与其它哺乳动物相同，包含了干扰素、干扰素激活基因以及自然杀伤细胞等。组分相同，但面对致命病毒时的表现却不同，提示蝙蝠天然免疫系统在分子功能以及调控表达上可能存在特殊性。确实，蝙蝠天然免疫中的一些组分相较于其它哺乳动物更为活跃，说明蝙蝠体内可能具备着一种‘时刻准备好’的抗病毒策略，也就是说，蝙蝠的免疫系统始终处于警惕状态，从而在病毒进入体内到感知并做出反应的‘空档期’也可以有效地抑制病毒复制。另一方面，蝙蝠体内许多与过度免疫和炎症反应相关的分子却在表达和功能上都受到了抑制，避免了组织器官在抗病毒期间受到损伤。因此，蝙蝠通过活跃的天然免疫和抑制炎症反应，达到了与病毒共存的结果。正是这些独特的抗病毒能力，显得对于蝙蝠免疫系统的研究尤为重要，因为这些研究可以帮助人类更好的理解疾病的发生与控制，探究对抗病毒的新手段，进而开发出新的治疗方式。
蝙蝠具有强大的免疫系统（图片来自于网络）
5、 蝙蝠具有高超的飞行技巧，启发着飞行器的研发
蝙蝠是唯一具有真正飞行能力的哺乳动物，具有高超的飞行能力。科学家们通过对蝙蝠飞行的空气动力学原理进行深入研究后发现，蝙蝠在飞行过程中翼的扇动与翼的柔韧性及弹性配合得天衣无缝，蝙蝠的飞行堪称是世界上最离奇、最完美的运动，鸟类和昆虫的飞行都无法与蝙蝠相媲美。利用蝙蝠的飞行原理，科学家们研制出了蝙蝠机器人，未来将负责完成许多极限飞行任务（如狭窄空间中）。
此外，蝙蝠对于新一代飞行器（包括无人机）的研制具有重要的意义，因为蝙蝠天生具有适应高密度复杂环境飞行的能力。为了确保我们飞行器的安全，我们强烈依赖于地面航空调度系统的配合。就民航客运而言，我们要求每一趟航班单独起飞，并沿着预先规划的航线飞行，而且必须在特定的飞行轨道着陆。哪怕是如此严密的层层监管，我们的耳边依然会不时传来坠机的噩耗。而作为另一个极端，蝙蝠不仅不需要提前规划好的航线，也不需要任何外在信息的指引，就完美地诠释了安全飞行的概念。更让人类望尘莫及的是，在某些极端环境下，成百上千只蝙蝠（甚至更多）同时在狭隘的空间中安全地飞行。如果未来的某一天，蝙蝠的飞行技巧得以完全阐释，并且能应用到现代飞行器上，那么实现“智能飞行”和“安全飞行”真的不是梦。
模仿狐蝠飞翔而研制的蝙蝠机器人（图片来自于网络）
6、 蝙蝠独特的回声定位功能启发了科学家开发新的雷达系统
虽然雷达的发明早于蝙蝠回声定位的发现，但是雷达系统后期的改进得益于蝙蝠回声定位功能的启发。例如，蝙蝠在飞行时会发出超声波来定位障碍物和猎物，但是背景噪音会重叠和干扰蝙蝠的回声；当蝙蝠在茂密的树叶中追逐蛾子时，也会有类似的问题，从树叶弹起的信号也会形成干扰。然而，蝙蝠能记录每个声音的“心理指纹”以及它们记忆中的相应回声来解决该问题，这使它们可以通过稍微改变频率来分离信号，从而使一个信号与另一个信号不匹配。蝙蝠的这项本领可以帮助科学家学习开发雷达和声纳设备的新方法，从而避免来自电子机械对雷达系统的干扰。
或许我们需要记住的是，人类的雷达研发历史不足百年，而和雷达相似原理的回声定位却被蝙蝠在自然选择的压力下改善并使用了约6500万年。当我们绞尽脑汁尝试着提高自己雷达的探测距离、追踪精度的时候，又纠结于如何避免自己的装备被对方的雷达系统探测到。这样的军事装备竞赛自雷达的研发开始持续如今。有意思的是，这样的军事装备竞赛却与蝙蝠和猎物的“捕食与反捕食”装备竞赛出奇的相似：在自然选择的压力下，作为狩猎者的蝙蝠，不停地完善着其回声定位系统的性能；与此同时，作为猎物的昆虫，也不停地提升着其反捕食的技能。这也或许可以解释，为什么美国军方每年都会资助蝙蝠的生物学研究。
蝙蝠和雷达感受器（图片来自网络）
7、 蝙蝠是破解人类语言脑机制的哺乳动物模型
语言（speech）是人类的标志性特征之一，在促进人类进化与社会文明发展过程中发挥着重要作用。然而，语言如何演化而来？语言控制和学习的脑机制是什么？这些重大问题仍不清楚。多年来，鸣禽（songbird）是研究语言最主要的动物模型，但缺少与人类亲缘关系更近的哺乳动物模型。而近年来的研究发现，蝙蝠有望成为科学家研究脑机制的哺乳动物模型之一。
众所周知，人类的语言是后天学习而来的，这种能力称为发声学习。然而，发声学习能力在哺乳动物中却是十分罕见的。目前被证实的具有发声学习能力的哺乳动物仅仅包括蝙蝠、大象以及海豚等少数哺乳动物。显而易见，由于体型、物种多样性和个体数量等方面的限制，相对于大象和海豚而言，蝙蝠是更为理想的实验动物。蝙蝠物种多样性高，许多蝙蝠种类高度群居，具有复杂的社会结构，而高度的社会性是促进语言进化的关键因素之一。此外，与绝大多数哺乳动物不同的是，回声定位蝙蝠具有极高的发声活跃性（每秒的发声数量从几个到上百个不等），为研究发声控制的脑机制提供了便利的行为模式。或许正是由于蝙蝠在研究声音通讯和导航方面的独特优势，蝙蝠发声控制和学习的研究是动物声音通讯研究的主要模式物种之一，也成为破解人类语言脑机制的希望。
蝙蝠的发声控制和学习（图片来自罗金红）
8、 蝙蝠帮助揭开人和动物大脑方位感知和空间导航的秘密
当我们走出家门，到附近的公园或者商场逛逛后，总能轻而易举地找到回家的路。在这个大家习以为常的过程中，我们的大脑提供了大量极其精确的导航信息。比如，从商场门口需要前行多少距离达到下一个路口，然后再左转或者右行等等。那么，我们的大脑如何知道这些位置、距离以及方向信息的呢？针对这些问题，英国的O’Keefe教授和他的博士后学生Moser夫妇等科学家做出了一些列出色的工作。他们发现，在大鼠大脑的海马体及其邻近的邻脑区——内嗅皮质发现了处理位置信息的“位置细胞”、处理距离信息的“网格细胞”以及处理方向信息的“头朝向细胞”等导航细胞，形成了大脑中的“GPS”。O’Keefe教授和Moser夫妇也因此共享了2014年诺贝尔生理学或医学奖。然而，这些发现都是在二维（2D）空间中获得，在更为真实的3D环境下情况又是如何呢？这时，就无法再以常规的动物模型小鼠或大鼠作为实验对象了。科学家们想到了生活在3D空间中，唯一能够飞行的哺乳动物——蝙蝠，并以蝙蝠为实验对象，做出了大量出色的工作。研究发现，在3D空间中，蝙蝠海马体中的位置细胞处理垂直和水平方向信息表现出各向同性；前海马回的细胞能够对其头朝向的3个欧拉角（水平方位角、俯仰角和翻滚角）连续表征，实现3D空间的方向信息的精确获取。
当从一个环境中来到另一个环境中，我们大脑中的“GPS”需要进行重置，以适应新环境下的导航需求。那么，一个非常重要的科学问题是，我们大脑中“GPS”多久能够重置1次呢？先前研究显示这个时间尺度大概在1分钟左右。然而，利用蝙蝠回声定位高时间精度的特点，研究人员发现“GPS”重置的时间在300毫秒左右，大大刷新了人们的认识。部分种类的蝙蝠兼有视觉和回声定位的能力，研究人员利用这一特点，比较了视觉线索和听觉线索下位置细胞处理位置信息的能力。结果显示，视觉线索下，位置细胞的空间分辨率更高。此外，研究还发现，蝙蝠海马体中存在识别其它蝙蝠位置的“社交位置细胞”。虽然大脑导航的机制已经逐渐清晰，但仍有大量空间导航的问题仍待回答。例如，上述导航细胞所在的脑区之间如何相互协作完成导航任务？目前的研究都是在实验室环境，空间极其有限，那么在真实自然环境中、大空间尺度下的导航有何不同？等等。不难想象，利用蝙蝠众多物种特异性的迷人特征，大脑在3D空间中的导航秘密将不断被破解！
蝙蝠的三维空间导航（图片来自网络）
9、 蝙蝠是维持生态系统健康不可缺少的动物
长期以来，蝙蝠在害虫控制、种子传播、植物授粉以及森林演替等方面发挥着举足轻重的作用。尽管不同的蝙蝠物种表现出食虫、食果、食蜜、食鱼、食肉甚至食血等多种多样的食性，但超过三分之二的蝙蝠专性或兼性以昆虫为食。在生态系统中，蝙蝠是夜行性昆虫的主要控制者，每晚可以捕食大量的昆虫。据估计，圈养的蝙蝠每天消耗的昆虫约占其体重的四分之一；但在野外条件和哺乳期等高能耗时期，这个数字可高达70%，有时甚至能超过100%。
蝙蝠经常出没于农田，通常在农田里伺机捕食许多潜在的农业害虫。研究表明，巴西犬吻蝠（Tadarida brasiliensis）会伺机捕食多种与农业相关的害虫。此外，由于多种主要的农业害虫具有迁徙行为，因此蝙蝠赋予农业的价值可能会扩展到数百公里以外的其它农业区域，远远超出蝙蝠捕食的范围，而不仅仅局限于蝙蝠在当地的觅食区域。已有的研究表明，蝙蝠在农田中的捕食行为极为出色。Cleveland等人的研究评估了巴西犬吻蝠为德克萨斯州中南部棉花生产提供的害虫抑制服务的经济价值，结果表明，每年蝙蝠通过捕食害虫而避免棉花受损以及避免使用杀虫剂的价值为74万美元，占棉花最终产量价值的15%。仅在北美地区，蝙蝠通过减少作物损害和避免使用杀虫剂的价值约为229亿美元/年。在泰国，蝙蝠每年在稻田中通过捕食害虫可防止稻米损失近2900吨，产生的经济价值超过120万美元，意味着泰国的蝙蝠每年能够为近3万人提供口粮。此外，研究人员通过对玉米田的大规模围网实验，发现蝙蝠对作物害虫施加了足够的压力，在抑制玉米害虫的幼虫密度和危害的同时，能够降低玉米中与虫害相关的真菌生长和真菌毒素，保守估计在全球范围内，仅在玉米种植中，食虫蝙蝠通过对害虫的抑制产生的价值超过10亿美元，而蝙蝠可通过间接抑制与虫害相关的真菌生长和玉米上的有毒化合物而进一步造福人类。很多情况下，许多农业害虫的幼虫能对作物造成损害，而蝙蝠能够对害虫的成虫进行捕食，从而阻止了成虫的产卵，进而减少幼虫的发育。因此，蝙蝠对害虫的捕食可能会对农业生态系统产生级联效应。
传统研究蝙蝠食性的方法是，对蝙蝠粪便中食物残渣进行形态学分析；该方法存在较大的局限性，阻碍了对蝙蝠食性的研究。随着现代分子生物学技术的发展，如DNA条形码（DNA metabarcoding）和环境DNA（environmental DNA, e-DNA）分析，使我们对蝙蝠捕食害虫的生态服务有了新的认识。Aizpurua等人（2018）通过e-DNA分析法，对全欧洲范围内普通长翼蝠（Miniopterus schreibersii）的食性进行研究，发现普通长翼蝠能捕食超过200种节肢动物，其中包括44种农业害虫，这些害虫可以危害欧洲大陆的许多作物，且普通长翼蝠可根据当地农田中可利用食物资源调整食性，重塑其食性生态位。由此可见，长期以来，蝙蝠对农业害虫的抑制作用严重被低估。
此外，蝙蝠还可以通过授粉和传播多种植物种子，提供关键的生态系统服务价值。关于榴莲的传粉生态研究表明，虽然大蜜蜂(Apis dorsata)是榴莲最频繁的访花动物，但果蝠，尤其是长舌果蝠（Eonycteris spelaea）是榴莲的主要传粉者，以每晚平均26次的频率访花。在热带地区，由于狐蝠体积大、流动性强，故而成为高效的传粉者和种子传播者，许多狐蝠每晚从栖息地到觅食地的飞行距离超过60公里。蝙蝠塑造了森林群落的多样性和物理结构，从而使得森林中许多动植物得以生存。自然界中，多种植物不同程度的依赖于蝙蝠进行繁殖，其中包括多种经济作物，如香蕉、芒果和番石榴等。在岛屿上，进化的偶然性和人为导致的当地其它种子传播者的灭绝，意味着狐蝠成为授粉或传播种子的唯一媒介。因此，狐蝠是当地或岛屿特有的维持植物生存能力的关键物种。岛屿上狐蝠的灭绝可能会引发连锁灭绝，从而导致不可挽回的生态和经济后果。
蝙蝠的生态系统服务功能：传粉、害虫控制和种子扩散（图片来自网络）
10、 蝙蝠数量下降严重，亟需保护
蝙蝠在全球有1400多种，物种多样性极高，是世界上分布最广、数量最多、进化最为成功的哺乳动物类群之一。除极地和大洋中的一些岛屿外，地球上幅员辽阔的各种陆地生态环境都为它们所利用，并提供一系列重要的生态系统服务。然而，现存的蝙蝠面临着多重威胁，生存状况不容乐观。近年来，越来越多的人为活动导致蝙蝠的种群数量前所未有的下降或灭绝，如森林和其他陆地生态系统的耗竭或破坏、人类对洞穴的干扰、蝙蝠栖息地的丧失、猎杀、白鼻综合症（White Nose Syndrome）、农药滥用以及日益增加的风能设备等。据我们近20年的野外调查数据统计，目前中国的蝙蝠种群数量与2000年相比下降超过50%，其中洞穴旅游开发、农药滥用和滥捕滥杀为最主要的三大原因。大量蝙蝠的死亡不仅对生物多样性造成威胁，也引起了严重的经济后果。研究表明，仅在北美地区，白鼻综合症以及风力发电等因素引起的北美蝙蝠的死亡可能导致农业损失估计超过37亿美元/年。由于蝙蝠具有世代长，繁殖率低等特点，因此种群一旦受到破坏，其恢复速率极为缓慢。然而，在我国，不仅因为一些疾病的传播导致公众对蝙蝠的误解，也因为缺乏蝙蝠在生态系统中的功能研究而没有引起政府和民众的重视，中国蝙蝠物种多样性保护现状令人格外堪忧；目前为止，尚没有任何一种蝙蝠列入“中国国家重点保护野生动物名录”内。保护蝙蝠的种群数量和栖息地免遭破坏不仅是维持生物多样性和生态系统功能的重要途径，也是生态系统完整、国民经济的和人类福祉的重要保障。
事实上，蝙蝠传播人畜共患病的最主要原因是，人类干扰。人类对森林的砍伐减少了蝙蝠的自然栖息地，迫使它们离开原来的生态位。这些蝙蝠失去了平常的觅食和行为模式，侵入人类居住地附近，它们直接或间接地将病毒传播给人类或家畜。如果蝙蝠取食的地方选在人类居住的地方，无形中就增加了蝙蝠体内的病毒跨种传播的机会。若是当地民众将蝙蝠当作野味来取食，那么疾病将会是蝙蝠最好的反击手段。我们呼吁，只要人类不干扰蝙蝠，不破坏蝙蝠的家园，不取食蝙蝠和蝙蝠的食物，蝙蝠携带的病毒可能就不会传染人类。相反，蝙蝠将给生态系统健康、人类的健康和长寿带来福音。就像《尚书》中记载的一样，蝙蝠能带来“五福”：一曰寿，二曰富，三曰康宁，四曰好德，五曰善终。
蝙蝠数量下降严重，亟需保护（图片来自网络）
作者：
武汉大学 赵华斌 教授
华中师范大学 罗金红 教授
华中师范大学 付子英 副教授
中国科学院昆明动物研究所 刘振 研究员
东北师范大学 江廷磊 副教授
华东师范大学 毛秀光 副研究员
中国科学院武汉病毒研究所 周鹏 研究员
广东省生物资源应用研究所 张礼标 研究员
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