想保护野生动物？得先从学会科学的“利用”“便便”开始

       2021年刚刚过去，因为新冠疫情困在家里的我，好想像云南的那群大象一样，也来一次说走就走的旅行。热爱大自然，喜欢美丽的野生动物，已成为越来越多中国人的价值认同。但是，光喜爱可是不够的，想要保护它们，我们应该做些什么呢？ 
       今天，就和大家聊一聊动物保护工作者们最日常的“体验”项目之一——“玩”屎。 
       看到这里，你可能觉得这是一篇有味道的科普文章。但仔细想想，我们自己无论看病还是体检，那次不是从排泄物的化验开始呢？就算是看中医不用化验，老先生给你号脉的同时是不是也会问你，最近大便什么状态？ 
       由此可见，粪便对于动物研究来说，真的很重要。

重要的非侵入性样本

       粪便，通常是指生物体通过肛门从消化道排出的固体、半固体或液体废物，即那些未消化的食物残渣以及其他物质。这些废弃物，虽然有味道，但相比野生动物的血液、精液、皮、肉、骨等样本来说更容易获得，而且不会对动物产生伤害。当然，为了获得粪便而强迫动物进食和排泄，有可能会对动物造成心理伤害这是另一码事。在野外开展调查时，想要直接观察到动物个体很难，而粪便则是最容易获得和发现的野生动物痕迹信息之一。相比传统的活体捕获方法，在研究野外自由生活的动物时，特别是那些行动敏捷、感官敏锐、夜间活动、种群密度低、难以接近的动物（如夜行性的大型猫科动物、从不下树的长臂猿、独来独往的大熊猫等），这种方法不需要捕获甚至引导它们，也就避免了对动物的过度干扰。

食性与健康状况分析

       每一种动物，都有各自不同的食性喜好，通过分析其粪便中的食物残渣，便能识别生活在这里的物种、了解它们的饮食结构、分析生态系统中扮演的角色等。例如我们熟悉的大熊猫，虽然都是爱吃竹子，但是在不同季节、不同海拔地区生活的大熊猫，对于竹子的取食部位却有明显的偏好。在初春，秦岭里的野生大熊猫喜欢到气温回暖的低海拔地区寻找新长出的竹笋吃。而到了夏季，为了避暑，它们会爬到海拔2000米以上的山上，食物则以竹茎和竹叶为主。通过分析熊猫便便里面食物残留的组成和排泄量，我们便可以判断大熊猫对采食竹子种类、部位等的选择与喜好。同时，通过粪便的色泽、气味以及进一步分析粪便营养成分，则可以了解动物个体对食物的消化吸收情况和健康状况。

 
大熊猫秦岭亚种的粪便 （图片：笔者摄）

       此外，可通过粪便分析摄入食物的情况，例如某些啮齿动物的粪便研究，可以了解其对于所在生态系统中植物种子散播的影响。而对于诸如犬科、熊科这些杂食性动物来说，你还能够在它们的粪便里发现草叶、水果、种子、昆虫、植物组织等，借此来了解其食物组成以及在该区域的相应活动范围。

 
高原鼠兔是高山草甸生态系统中植物种子传播的重要物种之一 （陕西省动物研究所 常罡 摄）
种群与个体识别 
       除了粪便中食物组成成分，粪便的形状、大小和气味都是区分某些动物群体的重要特征。通常，食肉动物的粪便大多呈圆柱状，偏长条形。对于猫科动物来说，除了上述特征外，还可以观察到它们的粪便往往都比较紧凑，并有明确的节段，其中一端锥形程度很大，甚至有轻微扭曲。此外，粪便的直径大小，也是区分猫科动物的一项重要依据，其粪便的直径与体型差异往往成正相关。

 
小型猫科动物豹猫的粪便（陕西省动物研究所 赵海涛摄）

       而食草动物尽管食性相似，但因为消化系统差异，导致粪便形状差异则比较大。兔形目和部分有蹄类动物（如林麝、毛冠鹿等）的粪便往往是圆形小颗粒或单个颗粒以小块或大量堆积的形式。而偶蹄目动物的粪便通常是圆柱形或圆形颗粒，并带有一端尖、另一段凹进去的特征。但是，偶蹄目中的牛亚科则是个例外，它们的粪便通常会堆积成圆形的扁平状。

 
毛冠鹿的粪便（陕西省动物研究所 赵海涛摄） 
 
骆驼的粪便（左）和牛的粪便（右）（图片源自网路）

       另外，有些动物的粪便甚至还有独一无二的特征。比如，生活在澳大利亚的毛鼻袋熊（Lasiorhinus krefftii）是目前已知世界里唯一一个能拉出方形便便的生物。而另一种无敌萌物大熊猫则可能是唯一一种拉屎不臭的哺乳动物，因为肠道无法有效分解摄入的竹子，健康大熊猫的便便非但不臭，还带有一种竹纤维发酵后的特殊清香。

 
毛鼻袋熊和它的方形便便（图片源自网络） 
激素水平与遗传信息 
       动物体内各项类固醇激素水平对衡量其繁殖状态和应激反应水平具有重要的指示作用。传统的类固醇激素检测需要采集动物的血液样本来分析，但是捕捉、麻醉以及采血对动物而言是强烈刺激，会影响和干扰实验对象正常状态下的内分泌水平。而利用新鲜粪样替代血液样本分析动物的类固醇激素水平，则极大地降低了采样的难度并避免了对实验体的刺激。这一方法，目前在人工繁育大熊猫中已得到广泛应用。通过持续对雌性大熊猫粪便中雌激素水平的测定，可以及时预测大熊猫的发情期和最佳受孕时机，从而大大提高了人工繁育大熊猫的成功率。 
       此外，粪便样本还为科学家们提供了一个重要的DNA样本来源。随着分子生物学技术的快速发展，通过提取粪便中的组织粘液、脱落的消化道细胞以及毛发的毛囊细胞等，从中分离出动物的基因组DNA已不再是难事。利用DNA 指纹技术和PCR扩增DNA微卫星技术等方法，可以快速、准确的进行个体和种群遗传信息的分析。

寄生虫与病原学研究 

       在野生动物保护和繁育过程中，传染性疾病是最难防治的。通过检测和研究粪便中可能含有的寄生虫或虫卵及病原微生物，有助于摸清野生动物感染寄生虫或病原微生物的情况及传播规律。此外，通过对粪便中微生物的分析，还能够帮助我们了解动物的肠道菌群组成，这对于繁育过程中预防和治疗动物的肠道疾病，具有积极作用。但是，考虑到人类可能接触到动物粪便所携带的病原体继而引发人畜共患病。因此在野外开展研究时，要注意尽量不去徒手触摸粪便，需要移动粪便时尽量使用工具或佩戴手套，同时也要避免近距离直接吸入粪便气味。

 
2021年全国高校科学营西部专题营的营员在学习如何对大熊猫粪便取样（笔者摄） 
除了做研究，便便还能干啥？

       除了直接被当作研究材料，通过其他一些科学方法和技术手段，粪便还能从更多角度帮我们答疑解惑。例如，利用遥感技术科学家从太空寻找南极地区帝企鹅聚居地的粪便累积图像，并以此发现和确认了新的帝企鹅聚居地。此外，粪便还有机会被用作肥料（如太平洋岛国瑙鲁的鸟粪就是上好的磷肥）甚至药材。我国传统医学中具有行血止痛、驱虫解毒作用的五灵脂，其实就是鼯鼠科动物的干燥粪便。

 
图7 鼯鼠（左 西北大学 齐晓光 摄）与五灵脂（右 源自网络）

       纵观动物保护研究的历史，粪便能够为我们提供越来越多的科学价值和应用价值，全仰仗各类先进科学技术和研究方法的不断引入和运用。尤其近年来分子生物学和基因工程技术的应用更是功不可没。相信随着科技的进步与多学科交叉融合的不断深入，会有越来越多新的技术、设备及创新性思维将引入和运用到生物多样性的保护中来。

致谢：
感谢陕西省动物研究所常罡、赵海涛博士及西北大学齐晓光教授等为本文提供的照片素材和技术指导。
参考文献：
1.高中信等.粪便分析法测定植食动物食性的评价,兽类学报. 1991,(03)
2.黄河等.粪样在大熊猫保护研究上的应用，动物学杂志，2012，47（06）
3.魏辅文等.分子粪便学及其应用——可靠性、局限性和展望，兽类学报. 2001,(02)
4. Geffen E, et al. Impacts of modern molecular genetic techniques on conservation biology. Publications, Agencies and Staff of the U.S. Department of Commerce, 2007.
5. P.T. Fretwell, et al. Discovery of new colonies by Sentinel2 reveals good and bad news for emperor penguins. Remote Sensing in Ecology and Conservation. 2020.