科苑人物

院长特别奖专题报道 :刘奇——不负少年志,回声寻奥秘

  •   刘奇,中国科学院2016级博士研究生,培养单位为中国科学院昆明动物研究所,2022年度“中国科学院院长特别奖”获得者之一。

      读博期间,刘奇获得过中国科学院大学“三好学生”、“优秀学生干部”、“三好学生标兵”等荣誉称号,获评2021年度“研究生国家奖学金”。2021年,刘奇作为共同第一作者在Science期刊发表1篇长文研究论文(当年影响因子47.728),2022年5月,刘奇同学顺利完成博士研究生毕业答辩,并获评2022年度“中国科学院大学优秀毕业生”和“北京市普通高校优秀毕业生”。毕业后聘为特别研究助理入职中科院昆明动物研究所,继续从事回声定位动物适应性进化研究。

    少年经历,用心求学

      “我出生于天地广阔的乡村,年少时期的课余,常在山野田埂之间游目骋怀,仰观俯察花鸟虫鱼,这让我对生命科学产生了浓厚的兴趣。”探寻自然奥秘的想法就这样留在了刘奇的心里。

      硕士期间,刘奇经常跟着张礼标老师去到野外调查蝙蝠,并对蝙蝠精妙的回声定位行为十分好奇,“虽然人耳听不到超声波,但我们通过可视化软件能够看到蝙蝠回声定位的声谱图和波形图,这是一件非常新奇的事”。后来,通过自身不断地努力,刘奇如愿考入了中国科学院大学,在昆明动物研究所施鹏老师课题组攻读博士学位。

    刘奇与蝙蝠

      读博期间,刘奇仍然以蝙蝠为研究对象,试图解释它们回声定位的分子机制。然而刘奇发现这类动物在取材、饲养繁殖、实验操作、研究手段等方面存在很多困难,回声定位领域的研究遇到了极大的瓶颈,因此寻找到新的具有回声定位功能的实验动物为突破上述研究瓶颈提供了可能。有意思的是,前人研究发现一类啮齿类动物——猪尾鼠,它们能够发出频率为60-140 kHz的超声波,这引起了刘奇的极大兴趣。起初通过行为学实验刘奇发现,黑暗条件下猪尾鼠在复杂空间环境中以及躲避障碍物时发出更多的超声波数量,这一结果提示在运动过程中猪尾鼠发射超声波有可能具有定向作用——回声定位。因此,刘奇的工作就是用实验的方法回答“猪尾鼠是否具有回声定位行为”这一科学问题。

     

    过程用于回味,结果才是真理

      实验总是充满挑战的。验证猪尾鼠是否有回声定位能力,行为学实验是最直接也是最重要的证据。用来做实验的猪尾鼠是从野外捕捉的,而且由于猪尾鼠是夜行性的,所以刘奇的实验大多就只能在晚上进行。用野生动物来做行为学实验存在很多不确定的情况,有时候动物不配合,实验进行不下去,只能一次次的重复直到动物们完成测试任务。后续的数据分析同样是件十分耗费精力的事。

      在做猪尾鼠行为与发射超声波关联分析时,需要手动回放视频和音频同步分析猪尾鼠在不同区域的时间和发射超声波的数量。有时为了确定猪尾鼠运动状态需要一帧一帧的看,这个工作非常的耗时和枯燥。通宵达旦是实验过程中的常有的事情,“实验过程虽然很长很累,但当你对这件事充满热情和满怀期待时,也就不觉得那么辛苦了”刘奇笑着说道。

      辛劳终有收获。在刘奇及其所在团队成员共同努力下,利用交叉研究手段整合行为学、解剖学、基因组学以及基因功能实验的多个独立实验证据,最终证实了猪尾鼠具有回声定位行为。这一研究结果刷新了人类对回声定位动物的认知,它将动物回声定位行为扩展到了啮齿目。同时,该研究也为发现新的回声定位动物提供了一个研究范式。该成果以Research Article形式发表在国际期刊Science上,并给以Highlight,标注“New echolocator”,意为猪尾鼠是一类全新的、独立演化出回声定位行为的哺乳动物类群。此外,回声定位领域著名的Gareth Jones教授在current biology期刊专门撰文评述了刘奇等人的研究发现“猪尾鼠为理解回声定位提供了一个教科书式的范例”。

     

    潜心科研,做出原创性成果

      上个世纪40年代左右,Griffin等人首次揭示了蝙蝠夜间飞行导航的奥秘,并在1944年创建了“echolocation”一词用来描述蝙蝠利用回声信号躲避障碍物这一行为。从此开启回声定位领域的研究的序幕,并在此后的20年间陆续发现很多具有回声定位行为的动物,如金丝燕、齿鲸、马岛猬以及少数鼩鼱。如今刘奇等人发现猪尾鼠同样进化出回声定位行为,那么除了猪尾鼠之外,“在现生哺乳动物中是否还有具有回声定位行为的,但尚未被发现的动物呢?如何证实它们具有回声定位?”这是刘奇提出的另一个科学问题。

    刘奇与猪尾鼠

      对于未来的工作刘奇有着自己的规划“把猪尾鼠做成研究回声定位的模式动物”。猪尾鼠是啮齿类中的一类体型类似实验小鼠的动物,而且容易人工饲养。刘奇已经在野外和实验室环境中饲养相当数量的动物种群,这为系统地、深入地研究回声定位哺乳动物适应性进化的机制提供了一个很好的基础,该研究也将为人类听力保护相关研究提供参考。

     

    热心科普,奉献绵力

      在科研之余,刘奇特别热衷于公益科普活动,用自己的行动和言语,展示了科学的魅力和价值,为大众认识自然和保护自然贡献绵薄之力。“我希望通过科普,能够与更多的人分享自己的发现和感悟。”刘奇谈到,“如果我的声音,可以给他人带来一点点的启发,让更多的小朋友爱上做科研,干实事,那就是对我最大的鼓励了”。

    刘奇参与公益科普活动(一)

    刘奇参与公益科普活动(二)


    责编 :张文静