高原鼠兔通过降低能量需求和取食牦牛粪便在青藏高原上越冬

【字体: 时间:2021年07月24日 来源:中国科学院动物研究所

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  中国科学院动物研究所王德华研究员研究组、中国科学院西北高原生物研究所张堰铭研究员研究组和中国科学院遗传与发育研究所John Speakman 研究员研究组的科研人员新近完成的一项历时13年的合作研究,揭示了高原鼠...

  

  青藏高原降水量和氧分压都很低,冬季环境温度经常下降到-30oC以下,生活在这样环境条件下动物的生存面临很严酷的生理学挑战。然而这里依然是许多神秘动物的家园,兔形目鼠兔科的高原鼠兔(Ochotona curzoniae)就是其中的一员。这些不能冬眠的小型哺乳动物如何成功越冬仍是没有解开的谜团。

  中国科学院动物研究所王德华研究员研究组、中国科学院西北高原生物研究所张堰铭研究员研究组和中国科学院遗传与发育研究所John Speakman 研究员研究组的科研人员新近完成的一项历时13年的合作研究,揭示了高原鼠兔越冬的奥秘。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为题在线发表在美国科学院院刊(Proceedings of the National Academy of Sciences)上(DOI:10.1073/pnas.2100707118)。

  研究人员采用双标记水(Doubly-labelled water)技术对自由生活的高原鼠兔的每日能量消耗(Daily energy expenditure, DEE)的季节变化进行了测定,结果显示尽管冬季的平均环境温度比夏季低25oC,但高原鼠兔在冬季的每日能量消耗却显著降低,相同体重的高原鼠兔在冬季的每日能量消耗比夏季降低了约30%。结合在热中性区内静止代谢率(resting metabolic rate at thermoneutrality, RMRt)的测定结果,发现冬季高原鼠兔代谢范围非常低(DEE/RMRt =1.60 ± 0.30),代谢范围对于动物的地理分布边界、繁殖输出和生存能力等具有重要的决定作用。为了找出鼠兔能量消耗降低的原因,研究人员通过在鼠兔腹腔内埋置体温记录装置和在野外对其活动进行录像记录等方法,获得的数据表明冬季高原鼠兔能量消耗的显著降低主要是通过降低体温和减少活动量来实现,而且环境温度越低体温下降的幅度越大。甲状腺素(T3和T4)的测定表明,高原鼠兔代谢水平下降可能通过甲状腺素系统进行调节。研究人员还发现,在家养牦牛(Bos grunniens)密度高的地区,冬季高原鼠兔会减少地面的活动时间;通过直接的鼠兔行为观察和在鼠兔胃内容物中发现牦牛的DNA等信息,确定了高原鼠兔取食牦牛粪便的事实。此外,还发现冬季牦牛和鼠兔肠道微生物组成在冬季具有很高的趋同程度。这些结果表明高原鼠兔除了摄入常规的食物之外,还通过取食牦牛的粪便以补充能量。这种不同物种间的食粪行为,使高原鼠兔种群在牦牛密度高的地方能够更加繁盛,这部分解释了为什么高原鼠兔种群密度在其食物的直接竞争者(牦牛)数量多的地方反而更高的原因。本项研究为探索青藏高原物种互惠共生、鼠害生态治理以及生物多样性维持等提供了一个极好的范式。

  中国科学院动物研究所动物生理生态学研究组迟庆生博士为论文的共同第一作者,刘新宇、汤刚彬、李永国、崔建国博士等参与野外数据收集工作,王德华研究员为论文的共同通讯作者。

  文章链接: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

图1 双标水技术(DLW)测定的青藏高原野外生活高原鼠兔的每日能量消耗(图中的空心点表示数据来自夏季6月到9月,实心黑色点表示数据来自冬季11月到次年3月。图中的两条直线表示拟合的线性关系)

图2. 夏季和冬季捕捉的高原鼠兔在不同环境温度下的静止能量消耗(A)和热中性区环境温度(25℃)下夏季与冬季的静止能量消耗分别与动物体重拟合的线性关系(B)。

图3. 腹腔埋置温度记录器的高原鼠兔(n=6)夜间和白天体温的平均值与环境温度之间的关系(图中的直线表示线性关系:红色直线表示夜间和白天体温分别对环境温度的线性拟合关系,黑色直线表示所有温度数据对环境温度的线性拟合关系。鼠兔的体温随环境温度的降低而下降,且在夜间时更加明显)

图4. 高原鼠兔(Ochotona curzoniae)(迟庆生拍摄)

图5. 高原鼠兔在取食牦牛的粪便 (L. Oldakowski 拍摄)

[video:高原鼠兔通过降低能量需求和取食牦牛粪便在青藏高原上越冬]

视频:高原鼠兔取食牦牛粪便 (L. Oldakowski 拍摄)

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