野外看到动物便便的第一反应：拿来吧你！

空白派

注：该文内容主要引用自相关科研报告（详见文末资料来源），仅作信息分享使用，并不完全代表WWF方观点。
恶心、废物……这些通常是人们对“粪便/便便”的第一印象；但对保育研究者来说，这可都是宝贵的材料呢～（傲娇脸）
要想知道动物吃什么、去了哪里、栖息地特征、需要的活动范围大小、空间重叠程度等等，粪便是我们深入了解它们的重要非侵入性样本之一，即研究人员不需要直接接触到动物[1]。



在祁连山国家级自然保护区发现的粪便 © 杨祎 / WWF-China

除了粪便样本，常见的非侵入性取样还包括收集动物的毛发、饮食残留物等；相反的，侵入性取样就是直接从动物活体或死体身上采集血液、组织等样本。
这类对粪便的研究分析甚至还有它专属的名字 —— 粪便学(Scatology)，如今已应用在许多物种的研究中，包括企鹅、猫科动物、鲸鱼、灵长类动物、熊等。特别是在濒危或神秘的特定动物研究中，相比传统的活体捕获方法，粪便分析越来越展现出它的优势。
在讨论粪便分析的好处之前，让我们先了解下这背后的技术发展情况叭～

了解动物们的理想工具
遗传变异，是评估种群内和种群间生物多样性的基础；如果没有遗传变异，这个种群就难以适应不断变化的环境条件[2]。
这种重要信息对于识别物种、了解种群情况、甚至解决分类学冲突方面具有十分卓越的效率和可靠程度。正因如此，现在野生动物保育工作越来越依赖于基因工具的使用。



DNA扩增仪（上图）、DNA测序仪（下图） © WWF-Russia

考虑到非侵入性取样能够带来更高的效益，如今已在野外研究中被广泛使用。比如在研究自由生活在野外的动物们时，特别是那些难以捉摸、夜间活动、种群密度低、难以接近的动物，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[3]。
在不同类型的非侵入性样本中，粪便是间接分析野生动物的理想工具，特别是岩石地区、干燥和冰冻的生态系统都为保存粪便提供了绝佳条件[4]。



对东北虎粪便进行收集 © 吉林黄泥河国家级自然保护区

在过去，因为DNA浓度低、降解速度快、污染程度高，粪便样本曾经一度难以处理[5]。而现在，分子技术的进步已经能够克服上述工作中会遇到的许多问题了，包括粪便样本的DNA提取试剂盒、为扩增分子标记的特异性引物设计等。

粪便里藏着一座资料库
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。
虽然听上去好像没有什么利用价值，实际上粪便样本提供了一个重要的DNA来源。里面的成分可能包括羽毛、骨头、牙齿、鳞片、节肢动物几丁质、种子和植物组织、花粉粒、粘液、细胞和大量的活/死细菌[6,7]。
通过分析粪便，我们有可能获得许多信息，包括识别生活在这里的物种、它们的饮食结构、生态系统中扮演的角色等。比如通过分析粪便内摄入猎物的情况，可以掌握它们是否起到了帮助散播种子或控制其他动物数量的作用。



非洲象的粪便 © WWF / Mike Goldwater

以一个大家熟悉的物种为例：过去一项对非洲象粪便的研究[8]发现，它们可以帮助传播种子到65公里以外的地方，这比本土鸟类的传播距离还要远30倍。
这些种子被传播后，不仅有助于扩大植物种群，还可以减少幼苗的亲本竞争或遭受病原体影响。而且这些非洲象吃掉的种子最后还被包裹在一大堆营养物质中、非洲象的消化道有助于增加种子发芽的几率、粪便还可以保护种子不被甲虫吃掉……这些都表明非洲象在维持热带稀树草原树木遗传多样性方面发挥着重要作用。



塔兰吉尔国家公园内拍摄到的雄性非洲象 © James Morgan  / WWF-US

因此呢，从环境中收集粪便进行分析鉴定是非常重要的，不仅是了解其中的成分，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。
一般来说，食肉动物的粪便大多呈圆柱状，偏长条形，并有一尖端。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。



雪豹的粪便 © 杨祎 / WWF-China

就连粪便的直径都要考虑进去，这是区分大小猫科动物时的一个重要因素。比如在美洲，当粪便样本的直径超过了2.1厘米，那这很有可能是属于大型猫科动物的，如美洲豹和美洲狮[3]。不过也有特殊情况，如果还是幼崽的话，它的粪便就很容易和其他体型较小的食肉动物相混淆。
【冷知识窗口】
每每聊到猫科动物，就一定不能忘了家里等着我们铲屎的猫主子。如果你有养猫咪的话，会发现它们在猫砂盆里便便后，会把粪便给埋起来（每次还要再收拾被扒拉出来的猫砂……）。但是呢，对于像狮、豹、虎等大型野生猫科动物来说，它们几乎都不埋粪便的。
这是因为掩埋粪便的习惯是与动物的优势或从属有关。在这种情况下，占统治地位的野生猫科动物不会隐藏自己的粪便，这样它们就可以通过标记来划分自己的领地啦～

对于杂食性动物来说（如犬科动物、鼬科动物），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。值得一提的是，犬科动物的粪便不仅有特殊的气味，而且一些物种粪便的直径已被证实比大型猫科动物还要大得多，如鬣狼(Chrysocyon brachyurus)，这也是这些动物群体分化的潜在因素[3]。



犬科动物的粪便示例 © Ranfall & Schietzelt & Harper College

如果是看到下方这种圆形小颗粒或单个颗粒以小块或大量堆积的形式，那么这很可能是属于兔形目和部分有蹄类动物的粪便。



兔形目动物的粪便示例 © Chase Wastesicoot

呈单粒和圆柱形颗粒状，两端还是圆形，或有一端逐渐变细，那下方这种很可能就是啮齿动物家族的粪便了。它们的粪便大小不一，从非常小的（如鼠科和松鼠科）到中等大小（如衣囊鼠科、豪猪科、兔豚鼠科和刺豚鼠科）。



啮齿动物的粪便示例 © Department of Conservation (NZ)

如果是圆柱形或圆形颗粒，并带有一端尖、另一段凹进去的特征，那这很可能是偶蹄目动物的粪便。但其中牛亚科例外，它们的粪便是会堆积成圆形的扁平粪便，在旱季和干燥的环境中，这些粪便易碎；在潮湿的时期，它们并无定形[9]。



牛亚科动物的粪便示例 © Germund Sellgren / WWF-Sweden

此外还有其他一些动物的粪便特征，为了不让今天文章的味道太过浓郁，粪便的举例就先到这里啦～
粪便的科学价值还能更高
在野外收集粪便的时候，有很多重要信息需要记录，比如你发现粪便的具体地理位置、粪便是暴露在野外还是被掩埋、是否靠近水源等等，而且最好随身携带测量工具。
此外考虑到人类可能接触到动物粪便所携带的病原体，因此要注意不能徒手触摸粪便，需要移动粪便时使用手杖或手套，同时也要避免直接吸入粪便气味。



大熊猫的粪便 © WWF-China

当然粪便不仅仅可以拿来分析，通过其他一些科学的方法和技术手段，粪便还能从更多角度帮我们答疑解惑。
例如科学家曾利用太空中捕捉的企鹅粪便图像，发现了8个新的帝企鹅聚居地，并证实了之前确认的另外3个的存在，使整个大陆的聚居地总数达到61个[10]。考虑到统计南极洲的帝企鹅数量并不容易，这种卫星图像方法可以借助粪便痕迹来间接地寻找企鹅。
不仅如此，粪便还有机会被用作肥料、饲料、甚至转化为代替燃料的能源[11]，将动物粪便更加高效又循环地利用，有希望成为今后粪污无害化处理的一个趋势。

资料翻译&整理：鹅子
校对：葛太宇、船底星排版：捷西本文数据资料来源：
[1] Taberlet P, Waits LP, Luikart G. Noninvasive genetic sampling: Look before you leap. Trends in Ecology & Evolution. 1999;14(8):323-327
[2] Geffen E, Luikart G, Waples R. Impacts of modern molecular genetic techniques on conservation biology. Publications, Agencies and Staff of the U.S. Department of Commerce. 2007;461.
[3] Chame M. Terrestrial mammal feces: A morphometric summary and description. Memórias do Instituto Oswaldo Cruz. 2003;98:71-94
[4] Bang P, Dahlström P 1975. Huellas y Señales de los Animales de Europa, Omega, Barcelona, 239 pp.
[5] Broquet, T., Ménard, N. & Petit, E. Noninvasive population genetics: a review of sample source, diet, fragment length and microsatellite motif effects on amplification success and genotyping error rates. Conserv. Genet. 8, 249–260 (2007).
[6] Bang P, Dahlström P 1975. Huellas y Señales de los Animales de Europa, Omega, Barcelona, 239 pp.
[7] Bujne AE 2000. Pollen analysis of faeces as a method of demonstrating seasonal variations in the diet of Svalbard reindeer (Rangifer tarandus platyrhynchus). Polar Res 19: 183- 192.
[8] Erik Stokstad, ‘This is amazing!’ African elephants may transport seeds farther than any other land animal. https://www.sciencemag.org/news/2017/04/amazing-african-elephants-may-transport-seeds-farther-any-other-land-animal
[9] Stuart C, Stuart T 1996. Field guide to the Larger Mammals of Africa, Struik Publishers, Cape Town, 318 pp.
[10] P.T. Fretwell and P.N. Trathan. Discovery of new colonies by Sentinel2 reveals good and bad news for emperor penguins. Remote Sensing in Ecology and Conservation. Published online August 5, 2020. doi: 10.1002/rse2.176.
[11] 钟涛，何宗霖，张富全，张西顺，肖光伟，秦崇凯著。《动物粪便利用的初步研究》新疆畜牧业2017年第5期

原文地址：https://zhuanlan.zhihu.com/p/393882940