Skull study shows Chicago's rodents are rapidly evolving

“博物馆藏品让你能够时间旅行，”菲尔德博物馆的哺乳动物学家、XCT实验室经理、详细记录了该发现的新论文合著者斯蒂芬妮·史密斯说道。该论文发表在期刊《整合与比较生物学》上。“自然历史藏品让你能够在一个更具进化意义的时间尺度上观察事物，而不仅仅局限于研究一个项目期间或一个人一生中收集的标本。”

菲尔德博物馆的哺乳动物藏品包含超过245,000份来自世界各地的标本，但尤其以博物馆所在地芝加哥的动物为代表。更重要的是，这些藏品代表了上个世纪不同时间点的情况。

“我们拥有的标本有些超过100年历史，其保存状况与今年刚收集的标本同样完好，”史密斯说。“我们认为这是一个极好的可利用资源。”

研究人员选取了芝加哥常见的两种啮齿动物：东部花栗鼠和东部草原田鼠。“我们选择这两个物种是因为它们的生物学特性不同，我们推测它们对城市化压力的反应可能不同，”菲尔德博物馆哺乳动物助理馆长、该研究的合著者安德森·费尧说道。花栗鼠与松鼠同科，大部分时间在地面以上活动，食物来源广泛，包括坚果、种子、水果、昆虫，甚至青蛙。田鼠与仓鼠的亲缘关系更近。它们主要吃植物，并花费大量时间在地下洞穴中。

该研究的两位合著者，菲尔德博物馆女性科学实习生阿丽莎·斯特林格和卢娜·卞，测量了132只花栗鼠和193只田鼠的头骨。研究团队专注于头骨是因为头骨包含了动物感官系统和饮食的信息，并且往往与整体体型相关。“从头骨中，我们可以在许多与进化相关的不同方面了解动物是如何变化的——它们如何应对环境以及如何获取信息，”史密斯说。

斯特林格和卞测量了头骨的不同部位，记录了诸如头骨总长度和齿列长度等数据。她们还对82只花栗鼠和54只田鼠的头骨进行了3D扫描。这部分分析称为几何形态计量学，需要将头骨扫描图数字化叠加并比较其上不同点之间的距离。

这些分析揭示了啮齿动物头骨在过去一个世纪中微小但显著的变化。花栗鼠的头骨随着时间的推移变大，但口腔两侧的齿列变短了。田鼠头骨中容纳内耳的骨性隆起（听泡）随着时间推移而缩小。但尚不清楚它们为何发生变化。

为了寻找这些变化的解释，科学家们查阅了温度和城市化水平的历史记录。“我们非常努力地尝试量化城市化的蔓延程度，”费尧说。“我们利用了可追溯至1940年的卫星图像，这些图像显示了建筑物覆盖的区域面积。”（1940年之前的标本要么来自1940年时仍为荒野的地区——因此可以安全地假定此前也是荒野，要么来自芝加哥市中心等高度城市化的区域。）

研究人员发现，气候变化并不能解释啮齿动物头骨的变化，但城市化程度可以解释。动物头骨的不同变化方式可能与日益城市化的栖息地对它们产生的不同影响有关。

“在过去的一个世纪里，芝加哥的花栗鼠体型变得更大，但它们的牙齿却在变小，”费尧解释道。“我们认为这可能与它们所吃的食物种类有关。它们可能摄入了更多与人类相关的食物，这使它们体型变大，但未必更健康。与此同时，它们的牙齿变小了——我们认为这是因为它们摄入的坚硬食物（如它们通常吃的坚果和种子）减少了。”

另一方面，田鼠的听泡（与听力相关的骨结构）变小了。“我们认为这可能与城市噪音有关——这些骨头变小可能有助于抑制过度的环境噪音，”史密斯说。

虽然这些啮齿动物能够通过微小的进化变化来适应与人类共存，但这并不意味着动物可以轻松适应我们施加的任何改变。相反，这些耳骨变小的田鼠和牙齿变小的花栗鼠恰恰证明了人类对环境的影响之深刻，以及我们让其他动物生存变得更艰难的能力。这是一个警示。

“这些发现清楚地表明，干预环境对野生动物产生了可检测的影响，”费尧强调道。

“变化很可能就在你眼皮底下发生，除非你利用博物馆藏品这类资源，否则你无法察觉到，”史密斯总结道。