城市化对家燕表型和遗传的影响

The urbanization process implies a tremendous change in the structure of natural habitats so that urban organisms need to adapt their phenotypes to these particular conditions. These phenotypic changes should be quantified, and its genetic basis and fitness effects identified. Experimental approaches may then assess which factors drive these adaptations. In the last decades China has experienced a great expansion of its urban areas. Barn Swallows (Hirundo rustica) breed in a broad range of latitudes so different populations show divergent natural and sexual selection patterns. They are present in rural and urban areas and are therefore an optimal model to investigate urban eco-evolutionary dynamics. In this project, using a paired design across multiple locations, we aim to contrast phenotypic divergence between populations inhabiting the three main zoogeographical regions of China and between paired rural and urban populations across this geographical gradient. We will assess morphological, behavioural and genetic divergence (using mRAD-seq techinques) among these populations and will use stable isotopes analyses (nitrogen, carbon and deuterium isotopes) to ascertain their migratory strategies in the region. In doing so, we will be able to identify which traits are being selected and whether urban evolution counteracts naturally divergent eco-evolutionary dynamics through a predictable homogenization effect. More importantly, by means of cross-fostering experiments, we will identify the mechanisms that are likely impairing natural eco-evolutionary dynamics. Experimentally manipulating brood size and sexually selected ornaments we aim to quantify the impact of urban evolution on these previously divergent evolutionary patterns. There is no other example of an exhaustive case study of urban eco-evolutionary dynamics with the exception of the Eurasian Blackbird (Turdus merula). Since urban areas in China are currently expanding, this project will provide an interesting example of urban evolution at the moment that the urbanization process is happening. This project therefore provides an exciting opportunity to expand our knowledge on the consequences of rapid human-induced environmental changes using a charismatic and appreciated model species.

城市化进程引起自然生境的巨大变化，城市生活的生物需要改变其表型以适应特殊生境。研究城市化需要量化这些表型的改变并识别其遗传基础和对城市生物适合度的影响。近年来中国经历了巨大的城市化扩张，为城市化研究提供了有利的条件。家燕(Hirundo rustica)是一种跨多纬度的广布物种，主要分布于农村和城市区域，且不同种群有自然选择和性选择模式也存在差异，是研究城市生态-进化动态的理想模式物种。本项目拟选取中国3个主要动物地理区域的家燕的农村和城市种群，综合采用繁殖行为测量、稳定同位素、简化基因组技术RAD-seq等方法，系统探讨城市化对家燕不同种群的表型和遗传的影响，并通过人工操作交换抚育的实验手段，深入研究城市化影响家燕生态-进化动态的机制。本项目可以提供一个在城市化进程正在发生的情况下，城市化对鸟类生态进化动态的影响的重要实例。相关研究成果将促进人类干扰的环境快速变化所带来影响的深入了解。

近来，中国的城市化进程对自然栖息地及其结构造成了巨大的影响，以至于分布于城市的生物需要改变它们的表型来适应这些改变。因此，我们急需去量化这些表型的具体变化，以及识别这些变化带来的关于遗传基因及生物健康的影响。本项研究中，我们以家燕Barn Swallow (Hirundo rustica) 为研究对象，来评估城市与农村不同地区家燕种群的形态，行为和基因之间的差异。我们主要研究目的是通过家燕来探究中国快速城市化过程中所带来的影响。.在研究过程中，我们在广州（广东）、长沙（湖南）、苏州（江苏）、盘锦（辽宁）和哈尔滨（黑龙江）记录了大量关于家燕繁殖生态的数据。我们还记录了有关环境因子的信息，如白天和夜间的噪音、光线和温度数据。我们也积极与北京师范大学的同事进行合作，目前正在一同分析采集的组织样本，以此来明白我们研究物种关于城市和农村种群之间遗传和形态的差异。同时，利用在苏州收集的数据，我们详细研究了家燕在不同生境中食物来源数量、环境因子和城市化强度之间对于家燕的相互作用。..到目前为止，我们已经在《中国动物学杂志》和《生态学与进化》上发表了两篇论文：“哈尔滨家燕 mandschurica 亚种繁殖生态特征” 和 “城市化对家燕 Hirundo rustica gutturalis 形态的影响”。我们目前正在修改一份名为“城市化和多种非生物环境因子对不同纬度梯度的形态特征产生不同影响”的论文稿，修改后的论文将重新提交给鸟类研究期刊。我们也还在撰写一项题为“评估城市野生动物对土地变化和环境污染的反应的框架”的论文。最后，我们正在与中山大学的同事一起对全国采集的样本进行深入的基因组测序分析，并对昆虫和家燕粪便样本进行DNA序列分析。..由于很多外界因素影响，这项研究的进展比较缓慢——不仅是由于新冠疫情和实地调查、实验的局限性，还由于项目负责人的工作隶属关系发生的变化。但是，该项目的主要目标已经实现，资金也得到了合理使用。在接下来的两年里，一些正在推进的论文撰写也将陆续在国际期刊上发表。

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