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          高原鼠兔通過降低能量需求和取食牦牛糞便在青藏高原上越冬

            青藏高原降水量和氧分壓都很低,冬季環境溫度經常下降到-30oC以下,生活在這樣環境條件下動物的生存面臨很嚴酷的生理學挑戰。然而這里依然是許多神秘動物的家園,兔形目鼠兔科的高原鼠兔(Ochotona curzoniae)就是其中的一員。這些不能冬眠的小型哺乳動物如何成功越冬仍是沒有解開的謎團。

            中國科學院動物研究所王德華研究員研究組、中國科學院西北高原生物研究所張堰銘研究員研究組和中國科學院遺傳與發育研究所John Speakman 研究員研究組的科研人員新近完成的一項歷時13年的合作研究,揭示了高原鼠兔越冬的奧秘。本研究于2021年7月20日以Surviving winter on the Qinghai-Tibetan Plateau: pikas suppress energy demands and exploit yak feces to survive winter為題在線發表在美國科學院院刊(Proceedings of the National Academy of Sciences)上(DOI:10.1073/pnas.2100707118)。

            研究人員采用雙標記水(Doubly-labelled water)技術對自由生活的高原鼠兔的每日能量消耗(Daily energy expenditure, DEE)的季節變化進行了測定,結果顯示盡管冬季的平均環境溫度比夏季低25oC,但高原鼠兔在冬季的每日能量消耗卻顯著降低,相同體重的高原鼠兔在冬季的每日能量消耗比夏季降低了約30%。結合在熱中性區內靜止代謝率(resting metabolic rate at thermoneutrality, RMRt)的測定結果,發現冬季高原鼠兔代謝范圍非常低(DEE/RMRt =1.60 ± 0.30),代謝范圍對于動物的地理分布邊界、繁殖輸出和生存能力等具有重要的決定作用。為了找出鼠兔能量消耗降低的原因,研究人員通過在鼠兔腹腔內埋置體溫記錄裝置和在野外對其活動進行錄像記錄等方法,獲得的數據表明冬季高原鼠兔能量消耗的顯著降低主要是通過降低體溫和減少活動量來實現,而且環境溫度越低體溫下降的幅度越大。甲狀腺素(T3和T4)的測定表明,高原鼠兔代謝水平下降可能通過甲狀腺素系統進行調節。研究人員還發現,在家養牦牛(Bos grunniens)密度高的地區,冬季高原鼠兔會減少地面的活動時間;通過直接的鼠兔行為觀察和在鼠兔胃內容物中發現牦牛的DNA等信息,確定了高原鼠兔取食牦牛糞便的事實。此外,還發現冬季牦牛和鼠兔腸道微生物組成在冬季具有很高的趨同程度。這些結果表明高原鼠兔除了攝入常規的食物之外,還通過取食牦牛的糞便以補充能量。這種不同物種間的食糞行為,使高原鼠兔種群在牦牛密度高的地方能夠更加繁盛,這部分解釋了為什么高原鼠兔種群密度在其食物的直接競爭者(牦牛)數量多的地方反而更高的原因。本項研究為探索青藏高原物種互惠共生、鼠害生態治理以及生物多樣性維持等提供了一個極好的范式。

            中國科學院動物研究所動物生理生態學研究組遲慶生博士為論文的共同第一作者,劉新宇、湯剛彬、李永國、崔建國博士等參與野外數據收集工作,王德華研究員為論文的共同通訊作者。

            文章鏈接:John R. Speakmana,d,j,k,1,2, Qingsheng Chib,l,1, Lukasz Oldakowskia,e,1, Haibo Fuc,f,g,1, Quinn E. Fletchera,h,1,Catherine Hamblyd, Jacques Togoa, Xinyu Liua,b,n, Stuart B. Piertneyd, Xinghao Wanga,f, Liangzhi Zhangc,g,Paula Redmand, Lu Wanga,f, Gangbin Tangb, Yongguo Lib, Jianguo Cuib,i, Peter J. Thomsond, Zengli Wangc,f,Paula Gloverd, Olivia C. Robertsond, Yanming Zhangc,g,2, and Dehua Wangb,f,m,2 2021 Surviving winter on the Qinghai-Tibetan Plateau: pikas suppress energy demands and exploit yak feces to survive winter. Proceedings of the National Academy of Sciences. https://doi.org/10.1073/pnas.2100707118

          圖1 雙標水技術(DLW)測定的青藏高原野外生活高原鼠兔的每日能量消耗(圖中的空心點表示數據來自夏季6月到9月,實心黑色點表示數據來自冬季11月到次年3月。圖中的兩條直線表示擬合的線性關系)

          圖2. 夏季和冬季捕捉的高原鼠兔在不同環境溫度下的靜止能量消耗(A)和熱中性區環境溫度(25℃)下夏季與冬季的靜止能量消耗分別與動物體重擬合的線性關系(B)。

          圖3. 腹腔埋置溫度記錄器的高原鼠兔(n=6)夜間和白天體溫的平均值與環境溫度之間的關系(圖中的直線表示線性關系:紅色直線表示夜間和白天體溫分別對環境溫度的線性擬合關系,黑色直線表示所有溫度數據對環境溫度的線性擬合關系。鼠兔的體溫隨環境溫度的降低而下降,且在夜間時更加明顯)

          圖4. 高原鼠兔(Ochotona curzoniae)(遲慶生拍攝)

          圖5. 高原鼠兔在取食牦牛的糞便 (L. Oldakowski 拍攝)

           

          [video:高原鼠兔通過降低能量需求和取食牦牛糞便在青藏高原上越冬]

           

          視頻:高原鼠兔取食牦牛糞便 (L. Oldakowski 拍攝)

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